电触头用TiB_2颗粒增强/Cu基复合材料组织与性能分析

采用热压烧结方法制备电触头用TiB_2颗粒增强/Cu基复合材料,通过XRD、OM、SEM等测试手段研究不同TiB_2颗粒含量对其组织和性能的影响。研究结果表明:复合材料生成了强度很高的Cu衍射峰,Cu基体内已经形成由TiB_2与TiB共同构成的混杂增强相。所有复合材料试样中的增强相都形成了均匀分布形态,TiB_2颗粒含量6%的试样含有颗粒与晶须两种增强相。当TiB_2颗粒含量的比例上升后,所有Cu基复合材料试样的硬度都发生了增大的现象,而密度发生了减小,导电率增加。TiB_2(6%)/Cu复合材料试样在DSC升温过程中形成了4个特征峰。当温度到达800℃时形成了Cu_3Ti金属间化合物;随着温度上升到1 100℃后,试样基体内开始同时生成TiB_2颗粒与Ti B晶须。     

TiB_2晶须的自蔓延高温合成及其生长机理

以Mg、B2O3、TiO2为原料,Cu2O为添加剂,采用自蔓延高温合成法制备TiB2粉体。研究添加剂Cu2O含量对TiB2晶体形态的影响,讨论TiB2晶须的生长机理。采用XRD、SEM分析合成产物的物相组成及微观形貌。结果表明:加入4%的Cu2O可生成大量高长径比的TiB2晶须,TiB2晶须的生长机制属于气-液-固(V-L-S)机制;首先Cu2O在高温下分解生成O2和Cu,O2向外喷射时形成的孔道为TiB2晶须的生长提供空间条件,自蔓延反应产生的高温为其提供能量条件,熔融态的Cu作为催化剂,与Ti形成以反应生成的TiB2为衬底的合金液滴,然后通过不断吸收Ti原子和B原子,使TiB2形核并定向生长,最终形成TiB2晶须。     

原位自生TiB+TiC增强Ti-Fe基复合材料微观组织和力学性能研究

以Ti粉、Fe粉和B_4C粉末为原料,采用冷等静压+高真空烧结方法制备了不同(TiB+TiC)增强相体积分数的Ti-Fe合金基复合材料(Fe元素质量分数为5%～15%),重点讨论了Fe含量和增强相对复合材料微观组织和力学性能的影响规律。结果表明,在1 150～1 250℃烧结温度下制备出Ti-Fe合金基复合材料致密度随Fe含量与增强相体积分数升高而降低。Fe含量增加使基体中α相层片状结构细化,而B_4C粉末的添加生成原位自生TiC颗粒和TiB纤维增强相,基体结构由层片状转变为等轴状。材料力学性能随Fe含量和增强相体积分数增加而提高。在1 150℃烧结制备的Ti-15%Fe-10vol%(TiB+TiC)复合材料硬度(HV)达到334,抗压强度达到2 040 MPa。     

烧结温度对10TiB/Ti-4.5Al-6.8Mo-1.5Fe复合材料组织与性能的影响

以Ti、Al、Mo、Fe元素粉末及LaB6和TiB2粉末为原料,采用机械混合法制备钛基复合粉末,经高速压制成形后,分别在1 150、1 250和1 350℃下真空烧结制备以TiB晶须为增强体、钛合金Ti-4.5Al-6.8Mo-1.5Fe为基体的钛基复合材料。借助X射线衍射、金相显微镜和扫描电镜分析材料的物相组成和微观组织,测试复合材料的维氏硬度(HV2.0)和拉伸性能,研究烧结温度对复合材料的组织和力学性能的影响。结果表明:10TiB/Ti-4.5Al-6.8Mo-1.5Fe复合材料的相对密度随烧结温度升高而增加,烧结温度为1 350℃时达到最大值98.9%;TiB晶须的长径比随烧结温度升高显著降低。烧结温度为1 250℃时,该材料的维氏硬度和室温抗拉强度都达到最大值,分别为399HV和1 179 MPa。     

原位合成TiB增强钛基复合材料的微观组织研究

在热力学计算纯钛粉与TiB2颗粒生成TiB条件的基础上，采用原位反应粉末冶金技术制备了TiB／Ti复合材料。试验结果表明，采用计算的反应条件可以实现纯钛粉与TiB2颗粒完全反应，反应生成物TiB呈晶须状，TiB晶须在基体中均匀分布，并与基体之间界面平整、干净。     

原位自生Al2O3颗粒增强Al基复合材料的研究

本研究是在Al基材料中加入了Cu3O颗粒,原位反应生成Al2O3颗粒,从而增强Al基材料.研究采用粉末冶金的方法,先冷压成型,再热压,在温度680~C压℃力1MPa时保温10分钟,成功制备了Al2O3/Al基复合材料.研究了Cu2O含量对该复合材料的密度、硬度、抗弯强度等性能的影响,结果表明:Al-8Ni-3Cu-2Cu2O复合材料的综合性能最好,硬度达到78.66HRF,抗弯强度达到254.35MPa.利用扫描电镜观察复合材料的表面形貌(SEM图像),并对试样成分进行分析(BSE图像),发现试样的成分分布比较均匀.通过XRD图谱和热力学分析表明:经热压后,该复合材料新生成物相主要为Al2O3.     

专利

专利名称．TiC和TiB混杂增强Ti-AI-Sn-Zr-Mo-Si基复合材料板材的制备方法 TiC和TiB混杂增强Ti—Al—Sn—Zr—Mo—Si基复合材料板材的制备方法,它涉及钛基复合材料板材的制备方法,本发明解决现有的TiC颗粒增强Ti—Al—sn—Zr—Mo—Si基复合材料板材的拉伸性能在650℃以上急剧下降的问题。     

发动机用石墨烯表面镀Cu增强钛基复合材料的制备及力学性能

通过微波烧结法制备石墨烯(GNPs)表面镀Cu增强钛基(Ti6Al4V)复合材料,探讨石墨烯表面镀Cu后对钛基复合材料显微组织和力学性能的影响。结果表明:石墨烯表面成功镀覆一层较均匀分布的Cu颗粒;石墨烯与基体Ti界面反应严重,容易生成粒径为2~5μm的TiC,石墨烯表面镀Cu后,界面反应产生的TiC含量更多,同时生成了Ti_2Cu相;相比于单纯外加石墨烯,石墨烯表面镀Cu后,提高了复合材料的力学性能,其相对密度、显微硬度、抗压强度分别达到95.48%、468 HV_(0.1)、1 406 MPa;室温磨损机制由基体(Ti6Al4V)的磨粒磨损转变为GNPs-Cu/Ti6Al4V复合材料的黏着磨损。     

TiB2/SiC陶瓷复合材料制备工艺的研究

以TiO2、B4C和C为原料,基于原位合成法在SiC基体中生成TiB2颗粒,并采用无压烧结法制备出TiB2/SiC复合陶瓷.通过对复合材料制备工艺的研究,发现:高于1 300℃的预烧结能形成TiB2/SiC复合陶瓷坯体.C含量、烧结温度和保温时间对复合材料的相对密度均有影响.当C含量(质量分数)为4%时、在1 400℃...     

等温挤压变形量对TiB+TiC增强钛基复合材料组织和室温力学性能的影响

塑性变形在提高原位自生非连续增强钛基复合材料(DRTMCs)强度的同时可改善塑性,但高的屈强比使其变形工艺非常敏感,压缩了适合变形的工艺区间,加大了变形加工难度。为此,提出了钛基复合材料(TMCs)等温挤压方法并成功制备出强塑性匹配较好的颗粒增强TMCs,研究了挤压变形量对其微观组织演化及综合性能变化规律的影响。结果表明,挤压过程中增强体TiB晶须和TiC颗粒断裂并实现二次分布,使TMCs中增强体分布得到合理有效控制,当挤压比从7增大到10时,TiB晶须长径比明显减小,但随后趋于稳定。随着变形量增加,α相内发生连续动态再结晶,形成与片层厚度相当的沿着原始片层呈竹节排布的细小等轴晶粒。从力学性能测试结果可知,在温度较低的两相区(985℃)进行等温热挤压变形,DRTMCs强度可达1 111 MPa,延伸率为15.7%,实现了较好的强塑性匹配。     

渗Ti法制备TiB2-TiC复合材料的研究

采用渗Ti法制备出相对密度较高的TiB_2-TiC复合材料,并讨论了熔渗温度对TiB_2-TiC复合材料物相、显微组织、致密度和维氏硬度的影响.结果表明:TiB_2-TiC复合材料的相组成为TiB_2、TiC、Ti_3B_4、TiB、Ti_3AlC和TiO相.随着熔渗温度的增加,复合材料中TiB_2含量降低,反应生成Ti_3B_4和TiB相区域的尺寸和数量有所增加;复合材料的维氏硬度整体呈降低趋势.当熔渗温度为1 650℃时,TiB_2-TiC复合材料性能最佳,对应复合材料的维氏硬度、开口气孔率、体积密度和相对密度分别为21 GPa、0.34%、4.46 g/cm~3和96.2%.     

SiC颗粒增强2A02Al基复合材料组织和性能的研究

采用热压烧结工艺制备了30%SiCp/2A02Al复合材料,对烧结试样进行热挤压变形,利用OM、SEM和TEM观察了复合材料微观组织和断口形貌,并检测了密度和力学性能。结果表明：SiCp/2A02Al复合材料的基体与增强体界面结合良好,界面清晰平滑;热挤压后SiC颗粒偏聚减少,SiC均匀分布在基体中,在基体内生成了高密度位错和亚晶;复合材料的致密度增加,力学性能显著提高;热挤压试样经过时效处理后在基体内生成了圆盘状的沉淀析出相(Al₂Cu相)。     

原位反应制备Ag/TiB2复合材料

在Ti和B粉末原位反应生成TiB2条件热力学分析的基础上,采用机械合金化和粉末冶金原位合成工艺制备Ag/TiB2复合材料.采用Ag粉,Ti粉和B粉作为材料,按照Ti和B摩尔比1∶2占复合材料质量分数分别为0.5％,1.0％,3.0％和5.0％ TiB2进行配料,混合后在自制高能球磨机上球磨60h,转速为150 r·min-1,球料比为60∶1.球磨后的粉末在压力机上用模具冷压成型φ21 mm ×5 mm的块状试样,压力600 MPa,保压30 s.最后将混合粉末的压制体在900℃保温4h热压炉中进行原位反应,并通入Ar气作为保护气氛,制备了不同TiB2含量的新型Ag/TiB2复合材料,系统研究了TiB2含量对AgTiB2触头复合材料组织和性能的影响.通过X-ray衍射仪,扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)表征分析了Ag/TiB2复合材料的相组成及显微组织,并采用维式硬度计和涡流电导仪对硬度和导电率进行了测试.研究结果表明,采用机械合金化球磨和原位反应粉末冶金技术制备Ag/TiB2复合材料是可行的.随着TiB2含量的增加,Ag/TiB2复合材料出现明显的TiB2团聚现象,且Ag/TiB2复合材料的硬度呈现先增大后减小的趋势,在硬度值为3％时,达到最大硬度值87.1 HV,但Ag/TiB2复合材料电导率随着TiB2含量的增加逐渐下降.     

TiB_2含量对原位合成TiB_2/Fe基复合材料力学性能的影响

采用X射线衍射（XRD）、光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）及材料试验机等分析测试手段,研究了TiB2含量对原位合成TiB2/Fe基复合材料的微观结构及拉伸性能的影响。试验结果表明,增强相TiB2颗粒均匀分布于α-Fe基体中,对基体有显著的强化效果;随着TiB2含量的增加,复合材料抗拉和屈服强度也随之增加,而延伸率呈下降趋势。     

纳米SiC增强纯Al基复合材料的微观组织和力学性能

与采用微米尺度SiC颗粒为增强相制备的Al基复合材料相比,以纳米SiC颗粒为增强相制备的Al基复合材料具有更加优异的力学性能,可极大提高SiC增强Al基复合材料的服役可靠性及应用范围。采用传统粉末冶金方法制备纳米SiC颗粒增强纯Al基复合材料,研究烧结温度和增强相体积分数对复合材料微观结构和力学性能的影响。研究表明,烧结温度和增强相体积分数均对复合材料的微观结构和力学性能有重要影响。随烧结温度升高,复合材料中的残留微孔减少,密度和强度均得到显著提高。含体积分数为3%纳米SiC颗粒的复合材料在610℃具有最高的强度,进一步提高纳米SiC颗粒的含量并不能提高材料的力学性能,这主要是由于当纳米SiC颗粒的体积分数超过3%时将出现明显的团聚,从而降低强化效应。     

Cr含量对(TiB_w+TiC_p)/(Ti-4.0Fe-7.3Mo-xCr)复合材料组织及性能的影响

钛合金因其优异的强韧性是具有广泛应用背景的轻质材料,但其硬度较低导致耐磨性较差,限制了其作为结构部件的应用。利用Cr3C2,B4C和石墨粉体之间的原位反应,制备了增强相体积分数为10%,TiC和TiB摩尔比1∶1的(TiBw+TiCp)/(Ti-4.0Fe-7.3Mo-xCr)系钛合金基复合材料。混合粉料采用热压烧结方法在20 MPa压力,氩气气氛保护,1300℃条件下保温1 h进行制备。并对复合材料的微观组织结构和力学性能进行了研究。研究表明,通过控制Cr3C2,B4C和C的含量配比,改变以Cr3C2引入的Cr含量对基体和增强相均有影响。复合材料基体由α-Ti和β-Ti两相组成,随Cr3C2引入的Cr含量的增加,β-Ti的含量增加。并且当Cr3C2形式引入的Cr含量由2.2%增加到5.2%时,复合材料的强度得到显著提高,最高可达到908.7 MPa,但其杨氏模量从170 GPa下降到150 GPa,而复合材料的洛氏硬度HRC稳定保持在55,大大高于基体合金。并且Cr3C2的引入也影响着复合材料中原位合成的TiBw与TiCp增强相的分布位置和形态。随由Cr3C2的引入Cr含量增加,TiB晶须的长径比提高,TiC颗粒的粒度细化,对复合材料的强度和韧性起到强化作用。     

TiB_2和TiC复合熔敷棒的制备及电火花涂层特性

利用粉末冶金法制备TiB2和TiC复合材料熔敷棒,并通过电火花沉积在点焊镀锌钢板用电极的表面制备TiB2和TiC复合涂层。利用SEM和XRD分析涂层的微观结构和物相,运用点焊实验测试涂层电极的使用寿命。结果表明:复合材料熔敷棒中TiB2和TiC颗粒细小均匀,电火花涂层致密无分层,涂层物相为Cu、TiB2和TiC;Cu从基体扩散到涂层表面,涂层表面Cu含量(原子分数)达到28%,过渡层出现Cu和Ti的梯度分布,涂层与基体间为牢固的冶金结合;复合涂层存在少量裂纹,其显微硬度达到850HV,高于TiB2涂层和TiC涂层硬度;点焊时电极头部的平均磨损率大大降低,电极的点焊寿命比无涂层电极提高4倍。     

热压烧结AIN-TiB2复合材料导热性能的研究

采用热压烧结工艺制备了AIN-TiB,复合材料.通过XRD、SEM和激光导热仪研究了TiB2含量和烧结温度对材料导热性能的影响.结果表明:随着TiB2含量的增加,复合材料的热导率逐渐下降,当TiB2含量增至50%时,热导率由102.9W/(m·K)下降到36.6 W/(m·K).另外,在TiB2含量10%时,随着烧结温度的升高,热导率呈逐渐上升的趋势.并对A1N-TiB2的相组成和显微结构进行了观察分析.     

Al含量对Ti—B体系自蔓燃高温合成过程的影响

采用纯Ti粉、Al粉及B粉进行整体加热，使其发生自蔓燃高温反应，在Al基中合成TiB2粉末。研究了Al含量及合成温度对Ti-Al-B体系反应产物微观结构的影响，探讨了在Al基体中TiB2粒子的形成机理。研究结果表明，在Ti-Al-B体系中，800℃左右Ti－B就可反应合成TiB2，这与Ti－Al之间发生的放热反应有关，Al的存在缓和了TiB2的合成反应；在Al基中成功地制备出了细小、均匀的、粒度可控的TiB2粒子。TiB2的粒度约为0．5～5、0μm，主要取决于反应物中Al的含量。     

预扩散处理对原位生成TiC_p/Fe基粉末冶金复合材料组织与性能的影响

将水雾化Fe粉与Ni粉、Mo粉、Ti粉混合均匀,然后在800℃、50%H2+50%Ar(体积分数)气氛保护下进行预扩散处理,将预扩散粉与电解Cu粉和石墨粉混合,通过压制与烧结,制备Ti C颗粒增强Fe基复合材料。通过X射线衍射分析、扫描电镜及能谱分析和力学性能测试等手段,研究预扩散处理对原位生成Ti Cp/Fe基粉末冶金材料组织与性能的影响。结果表明:Fe-Ni-Mo-Ti混合粉在800℃下预扩散处理后形成表面粗糙的团球状预扩散粉末颗粒,但合金元素在Fe粉颗粒内分布不均匀。与用混合粉制成的Ti Cp/Fe基复合材料相比,用预扩散粉制备的材料孔隙率略有增加。随预扩散时间延长,材料中富Ti区的尺寸减小,组织明显细化,珠光体分布更均匀,同时形成大量弥散分布的粒径在0.1~0.5μm的Ti C颗粒。材料的硬度和抗弯强度都随原料粉预扩散时间延长而提高,用60 min预扩散粉制成的Ti Cp/Fe基复合材料的硬度HRB和抗弯强度分别达到63.6和613.7 MPa,比用混合粉制成的Ti Cp/Fe基复合材料分别提高11.8%和38.3%。用预扩散粉末制备的Fe基复合材料的断裂形式为具有一定韧性断裂特征的脆性断裂。