钛对铜基金属结合剂性能的影响及微观结构分析

以Cu、Sn、Ti等为原料,利用热压烧结制备金属结合剂试样。研究Ti对Cu基金属结合剂性能的影响,并通过Inspect S50扫描电子显微镜(SEM)对其微观结构进行分析。结果表明:随着Ti质量分数的增加,Cu基金属结合剂试样的密度呈逐渐减小的变化趋势,抗折强度和冲击韧性呈先增大后减小的变化趋势,洛氏硬度(HRB)呈逐渐增大的变化趋势;与Cu基金属结合剂相比,当Ti质量分数为3%时,其抗折强度和冲击韧性最大,分别提高了5.27%和20.89%;同时,Ti的加入,形成了新的核/壳结构;该结构由中心到边缘按照从Ti到Cu-Sn脆硬相进行的梯度过渡,其组织成分依次为Ti/Ti-Cu/Ti-Cu-Sn/CuSn。     

烧结气氛对Ti(C,N)-8%Mo2C-8%NbC-4%Co-12%Ni金属陶瓷微观组织与性能的影响

采用真空和氩气、氮气+氩气混合气氛烧结三种工艺制备出Ti(C,N)-8%Mo₂C-8%NbC-4%Co-12%Ni金属陶瓷样品。利用光学显微镜、扫描电镜对合金微观组织结构特征进行观察与分析,并对比三种不同工艺气氛制备的金属陶瓷刀片的耐磨性能。实验结果表明：三种不同烧结气氛制备的金属陶瓷样品微观组织结构均存在金属陶瓷典型的“核-壳”结构,内部物相组织相同;真空烧结工艺制备出的金属陶瓷样品孔隙高、硬度低;氮气+氩气混合气氛烧结制备出的金属陶瓷刀片的耐磨性最优,表面存在一层富钛组织,其密度为6.63 g/cm³,维氏硬度HV₃₀为1610,断裂韧性9.2 MPa·m^1/2,抗弯强度1 830 MPa。     

Ti对铝基结合剂性能的影响和机理的分析

本文以Ti作为Al-Cu-Sn-Ni系低温铝基结合剂的微量添加元素,通过热压烧结、三点弯曲、差热分析、洛氏硬度、扫描电镜和X射线衍射等测试方法,探讨了Ti对铝基结合剂的烧结温度、硬度、抗弯强度、微观结构和物相组成的影响.结果表明Ti可以降低铝基结合剂的烧结温度,提高结合剂的硬度和抗弯强度.同时本文也从理论上分析了钛的作用机理和Al-Cu-Sn-Ni系结合剂低温烧成机理.     

自蔓延烧结金刚石磨头的性能研究

为研究自蔓延烧结工艺对金刚石磨头性能的影响,以高频感应加热诱发Al、Ti、Cu、Ni和Sn粉末自蔓延烧结,制备金刚石磨头,分析节块胎体的微观结构和金刚石与胎体结合剂间的结合情况,并实验研究金刚石磨头的加工性能。结果表明:高频感应加热可缩短自蔓延烧结的预热时间和反应时间,提高制备效率;Ni起关键作用,Ni元素缺失则无法发生自蔓延反应;金刚石磨粒与金属结合剂之间界面结合良好,C、Ti元素之间跨过界面发生了明显的扩散偏聚现象;当胎体结合剂中Al+Ti的质量分数为32%时,金刚石磨头的综合加工性能最好。      

PtTi0.5Zr0.2/Ti微叠层复合材料的制备及性能研究

将0.14 mm厚PtTi0.5Zr0.2合金片和0.08 mm厚Ti片依次叠放,经850℃/2 h真空热压烧结后,分别采用冷轧和热轧工艺制备PtTi0.5Zr0.2/Ti微叠层复合材料。研究了轧制工艺对微叠层复合材料微观组织及力学性能的影响。结果表明:在850℃热压烧结2 h,叠层复合材料界面形成冶金结合,并有少量Ti_3Pt金属间化合物形成;采用冷轧工艺,单道次变形量为10%～15%,累积变形量至50%后进行500℃/1 h中间退火,然后继续冷轧直至复合坯厚度至0.2 mm、总变形量超过90%,由此得到的PtTi0.5Zr0.2/Ti微叠层复合材料的层间距为20～30μm,且各叠层保持连续,厚度均匀,平行度好;PtTi0.5Zr0.2/Ti微叠层复合材料抗拉强度为657 MPa,延伸率达9.46%。     

银基钎料真空钎焊钛/钢接头组织与性能研究

采用Ag-28Cu银基钎料对钛/钢进行真空钎焊。研究钛/钢钎焊接头的拉剪强度、界面微观组织演变与断裂行为的特征,确定不同钎焊工艺对接头拉剪强度和成分分布的影响。结果表明,钛/钢结合界面形成不同的金属间化合物,如CuTi、CuTi2、Cu4Ti3、FeTi等,并且接头微观组织对钎焊试样的拉剪强度有显著影响。接头最高拉剪强度可达100 MPa。不同钎焊条件下断口形貌发生变化,但断裂都是发生在钛/银基合金界面上。     

超声波作用下Cu/Sn固-液界面IMCs层的形成与演变

利用超声波辅助钎焊工艺方法对Cu/Sn/Cu结构进行钎焊实验,研究超声波辅助作用下Cu/Sn固-液界面金属间化合物(IMCs)的形成与演变过程。结果表明:无超声作用时界面处Cu-Sn金属间化合物形貌逐渐由平直状转变为凹凸的扇贝状,其中Cu_6Sn_5的形成主要受扩散控制,而Cu_3Sn层的形成则是由反应控制。施加超声波后,通过观察不同超声条件下Cu-Sn金属间化合物形貌的微观结构演变,提出破碎-溶解模型。通过改变超声时间来控制界面Cu-Sn金属间化合物的厚度,从而改善钎焊接头性能。     

注射成形制备多孔钛及其性能

以氯化钠作为造孔剂,利用金属注射成形(MIM)工艺制备多孔钛。研究烧结温度、造孔剂粒度和含量对多孔钛孔隙度、微观形貌和力学性能的影响。结果表明,随着烧结温度的升高,多孔钛的孔隙度逐渐下降而抗压强度和弹性模量逐渐升高;随着造孔剂粒度的减小,多孔钛的孔径也随之减小;随着造孔剂含量的增多,多孔钛的孔隙度逐渐增大;MIM多孔钛植入体的最佳烧结温度为1100～1200℃,NaCl的最优粒度为150～250μm。     

预合金粉结合剂真空无压烧结制备金刚石工具

以Fe₄₀Cu₄₀Co₂₀和Cu₈₀Sn₂₀预合金粉为结合剂,采用真空无压烧结制备金属胎体样品,并与相同烧结工艺下的金属单质粉结合剂烧结样品进行对比。用扫描电子显微镜、洛氏硬度计、阿基米德排水法对所得样品的微观形貌、硬度和相对致密度进行对比分析。研究发现:随温度升高,两类样品的致密度和硬度均先增大后减小;当烧结温度达到860℃时,致密度和硬度均达到最大值。预合金粉在860℃下烧结所得样品的相对致密度比同条件下烧结的金属单质粉样品的提高5%,硬度提高HRB 7 MPa。因此,在达到同等级性能的前提下,预合金粉真空烧结所得样品的烧结温度更低,可有效避免在高温条件下金刚石的强度和质量损失。      

原位碳热还原法制备Ti(C,N)基金属陶瓷的烧结技术研究

基于原位碳热还原法,通过真空液相烧结制备了Ti(C,N)基金属陶瓷。利用XRD、SEM、EDS等手段研究了不同烧结工艺参数对金属陶瓷显微组织和力学性能的影响。结果表明:基于原位碳热还原法制备出的Ti(C,N)基金属陶瓷,与常规方法制备的金属陶瓷相比,其显微组织中具有白芯-灰壳结构硬质相和没有明显包覆相的灰色硬质相的体积占比均明显增加,而具有黑芯-灰壳结构硬质相的体积占比明显减小;经1 400℃烧结,保温60 min,材料的组织均匀性较好,环形相厚度适中,且具有最佳的室温力学性能:抗弯强度为2 516 MPa,硬度为88.6 HRA,断裂韧性为18.4 MPa·m1/2。     

烧结气氛对Ti(CN)基金属陶瓷组织和性能的影响

用X射线衍射、背散射扫描电镜及能谱仪等分析手段研究了烧结气氛(真空、N2、Ar)对不同成分TiC基和Ti(CN)基金属陶瓷合金显微组织和性能的影响.金属陶瓷在N2和Ar中烧结后,合金碳含量比在真空中烧结的碳含量低0.5%左右;在N2中烧结后,合金的氮含量提高了0.5%左右.环状结构心部可以是以钨等重金属元素为主要成分的碳化物,也可以是以钛为主要成分的碳化物和碳氮化物.环状结构为金属元素含量和分布不同的(Ti,W,Ta,Mo,Co,Ni)(C,N)固溶体,粘结相是与Ti,W,Ta,Mo,C,N等元素有不同溶解度的钴镍固溶体.真空烧结后组织结构比较均匀,合金的性能最好.在Ar、N2中烧结后,气氛中的氧和氮参加烧结反应,影响合金成分碳氮平衡,在合金表面形成壳层结构,产生表面缺陷,合金的密度、显微硬度、抗弯强度均有比较大的降低;N2气氛影响更大.     

金属Co对低温铁基金属/陶瓷结合剂性能和结构的影响

为探讨金属Co对低温铁基金属陶瓷结合剂性能和结构的影响,在烧成温度为700℃和真空热压烧结条件下,制备铁基金属陶瓷结合剂。使用三点弯曲强度测试仪、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）等一系列仪器,测试其抗弯强度和抗冲击强度等性能以及微观形貌和结构。结果表明:Co质量分数为17%时,其与陶瓷相形成Co-CoO-陶瓷连接相,低温金属陶瓷结合剂的抗弯强度和抗冲击强度达到最大值,分别为130.55 MPa和4.33 kJ/m2;含Co铁基预合金粉的加入促使低温铁基金属陶瓷结合剂晶相细化,产生细晶强化作用,提高其强度。      

B2O3含量对SiO2–B2O3–Al2O3–Na2O系陶瓷结合剂结构与性能的影响

制备不同B₂O₃含量的SiO₂–B₂O₃–Al₂O₃–Na₂O系玻璃试样和陶瓷结合剂试样,利用电子多功能实验机、扫描电镜、显微硬度仪、平面流淌法、热膨胀系数测试仪等分别测试不同玻璃试样的密度和显微硬度,陶瓷结合剂试样的抗折强度、微观形貌和热膨胀系数等,并用X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪对陶瓷结合剂的结构和成分变化进行分析。结果表明:将B₂O₃引入陶瓷结合剂中可有效降低其烧结温度,提高其热稳定性并调节其热膨胀系数等。在陶瓷结合剂中加入摩尔分数为15%的B₂O₃时,其样条抗折强度最高为78.11 MPa,密度和硬度最高分别为2.45 g/cm3和856 MPa,且该陶瓷结合剂的热膨胀系数与金刚石最匹配。X射线衍射分析结果表明陶瓷结合剂是典型的玻璃相结构,且对磨料有良好的包覆效果。      

纯钛表面多步合成Ti-Al梯度抗氧化涂层

以TA2工业纯钛为基体材料,通过微弧氧化技术及磁控溅射技术在TA2基体表面分别制备了氧化钛薄膜和金属铝涂层,从而形成Ti/TiO2/Al结构试样,然后进行500℃×4 h的真空扩散热处理,研究了TA2纯钛基体表面Ti、Al元素梯度过渡的复合抗氧化涂层的形成机制,以及涂层在700℃下的循环氧化性能。结果表明,Ti/TiO2/Al试样中的金属Al涂层在500℃的真空热处理过程中,不仅能够扩散至Ti基体内形成Ti-Al系列金属间化合物,而且能与TiO2中间层发生化学反应形成TiAl3+Ti Al+Al2O3复合涂层。TA2纯钛基体表面形成Ti-Al梯度抗氧化涂层后,在700℃大气环境中循环氧化50次后的氧化增重仅为无涂层试样的1/10。     

Ni含量对TiB_2基复合陶瓷刀具材料微观组织及力学性能的影响

以作Ni为金属烧结剂,采用真空热压烧结技术,在1650℃下制备了含Ni量不同的Ti B_2基复合陶瓷刀具材料。研究了Ni含量对Ti B_2基复合陶瓷刀具材料微观组织和力学性能的影响,结果表明:随着Ni含量的增加,Ti B_2基复合陶瓷刀具材料微观组织中的缺陷先减少后增多,抗弯强度、断裂韧度和硬度也随着先增大后减小;当Ni含量为8wt%时,微观组织的缺陷少、力学性能良好,此时的相对密度为(99.3±0.3)%,抗弯强度为(952.3±86.2)MPa,断裂韧度为(7.3±0.3)MPa·m~(1/2),硬度为(22.4±0.6)GPa。     

高Sn含量Cu–Sn预合金粉热压烧结行为及性能的研究

为了研究烧结工艺对高Sn含量Cu-Sn预合金粉金刚石工具性能的影响,通过正交实验,采用极差分析方法确定各因素的影响显著性和优化参数组合,并借助SEM、金相显微观察、力学性能测试等方法对比分析实验结果。结果表明:烧结试样密度、硬度、耐磨性的影响因素大小为烧结温度保温时间保压压力;抗弯强度的排序则为烧结温度保压压力保温时间;烧结工艺参数为440℃、180s、10 MPa时性能最佳,可作为最优化参数组合。     

铬-陶瓷复合结合剂的机械合金化制备工艺及性能研究

以金属铬粉和陶瓷结合剂粉体为初始原料,按照不同比例配混,采用机械合金化(MA)工艺对其进行处理。工艺参数为:球料比R=20∶1,转速n=350 r/min,球磨时间t=12 h;添加适量的无水乙醇为过程控制剂。将获得的复合粉体在660～740 ℃进行无压烧结,用SiC埋烧。采用三点弯曲法测试烧结后试样的抗弯强度,利用X射线衍射仪(XRD)测试试样的物相构成,用扫描电子显微镜(SEM)观察试样断口的微观形貌,采用阿基米德原理测试试样的密度和显气孔率。实验结果表明:利用MA处理工艺,可以获得金属相与陶瓷相均匀分布的复合结合剂;当金属铬粉的质量分数为30%,烧结工艺为700 ℃/30 min时,所得试样的抗弯强度达到最大值,为187 MPa。金属铬粉通过其颗粒表层的CrO与陶瓷形成良好的界面结合,从而提高复合结合剂的抗弯强度。      

固相阶段烧结气氛对Ti(C,N)基金属陶瓷成分、组织和性能的影响

在Ti(C,N)基金属陶瓷固相烧结阶段,进行了烧结气氛分别为真空、低压氩气及不同压力氮气气氛的实验。研究了固相阶段烧结气氛对合金微观结构、碳氮氧含量、物理力学性能和切削性能的影响。结果表明,固相阶段进行氮气氛烧结对金属陶瓷最终氮含量有显著的影响,从而影响合金成分、微观结构和各项性能。相比真空烧结工艺,在固相烧结1 100~1 300℃阶段通入30~50 mbar N_2气进行气氛烧结,能抑制Ti(C,N)分解脱N,提高合金的N/C比,合金抗冲击性能得到提升。     

钛的低成本电化学生产

最近 ,英国剑桥大学开发了一种低成本电化学生产钛的方法 ,可将金红石型的 Ti O2颗粒 ,在 95 0℃的熔盐中 ,几个小时内直接还原成多孔金属钛。钛颗粒尺寸约 12μm,有轻微烧结。相比之下 ,Kroll工艺是将 Ti O2 和碳在 5 0 0℃的氯气中反应 ,制取 Ti Cl4,然后再在真空中用镁将 Ti Cl4还原成海绵钛 ,整个工艺一次可生产 4t,要 1周时间。该电化学方法是在钛坩埚中 ,以熔融的Ca Cl2 作电解液、石墨作阳极电解生产钛。Ti O2 颗粒中的氧在石墨电极上与碳结合生成 CO2 。据报道 ,用该工艺 ,钛的成本可降低40 %。该工艺生产周期短 ,产品适于粉…     

碳纤维增强纯钛烧结过程中TiC形成的影响因素及形态特征

以Ti粉和碳纤维为原料,采用氩气保护常压烧结的工艺方法,改变烧结温度等工艺参数和碳纤维的形态,获得了α-Ti与C纤维复合材料样品。利用SEM分析、微区成分分析和XRD物相分析,证明了烧结过程中Ti原子与C原子在Ti基体与碳纤维的界面反应生成了TiC,并有以碳纤维为导向形成TiC纤维的趋势。通过显微组织、显微硬度等辅助分析,考察了工艺参数对TiC形成及微观形态的影响规律。结果表明,氩气保护常压烧结时,随着烧结温度的提高,Ti基体与碳纤维的界面形成的TiC形态发生了显著变化,由致密的纤维状向具有显著颗粒构成的纤维状转化,碳纤维粉末化后加入时形成了分散的粒状TiC。