Ti3AlC2含量对热压制备Cu/Ti3AlC2复合材料的影响

以Ti3AlC2和Cu粉作为原料,原位热压制备一系列Cu/Ti3AlC2复合材料,并研究Ti3AlC2含量对复合材料生成相、显微组织、力学和电学性能的影响。实验结果表明,在1150℃的高温下,不管Ti3AlC2的含量,Al都从Ti3AlC2中溶出进入液相Cu中,反应生成新的复合相。当Ti3AlC2原料的体积分数为40%~60%时,复合材料由Ti3C2相和Cu(Al)合金相组成。Cu/Ti3AlC2复合材料具有高强度及良好的断裂韧性和导电性,归因于Ti3C2聚集薄层与Cu(Al)合金层之间的牢固结合以及Cu(Al)相构成的空间网络结构。当Ti3AlC2原料的体积分数为70%或80%时,复合材料由Ti3C2和Cu9Al4金属间化合物组成,随着Ti3AlC2含量的增加,其强度和断裂韧性减小,硬度和电阻率增大。     

机械合金化制备Ti3AlC2陶瓷材料的研究

采用Ti,Al和C元素粉末为反应物原料,通过机械合金化法成功地制备出高含量三元碳化合物Ti3AlC2陶瓷粉体.按Ti3AlC2化学计量比为起始反应原料配比(Ti∶Al∶C=3∶1∶2)的元素混合粉末,经3 h的机械合金化后,Ti、Al和C单质混合粉末发生化学反应,生成以Ti3AlC2为主晶相,并含有少量TiC的混合粉体和小块体;粉体中Ti3AlC2的含量达到83%(质量分数,下同).产物合成的原因是在Ti-Al-C体系中发生了一种机械诱发自蔓延反应.     

自生Ti2AlC/TiAl复合材料的组织及反应过程

采用自蔓延燃烧合成及真空电弧熔炼的方法,以碳纤维(Cf)、钛粉及铝粉为原料,合成了Ti2AlC/TiAl复合材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)分析了复合材料的物相组成和微观结构,讨论了原位合成Ti2AlC的反应和二次Ti2AlC的析出过程。结果表明,复合材料铸锭由Ti2AlC、TiAl和Ti3Al3相组成,基体由α2(Ti3Al)+γ(TiAl)片层和γ(TiAl)等轴晶粒构成,原位自生的Ti2AlC分布均匀,呈短纤维状或颗粒状。1200℃均匀化热处理促使Ti3Al分解为TiAl和Ti2AlC,导致Ti2AlC粗化,同时基体表面析出细小的二次Ti2AlC颗粒。     

添加TiC对燃烧合成Ti2AlC粉体的影响

实验表明，以Ti,Al和碳黑单质粉末为反应物原料，按Ti2AlC化学计量比为原料摩尔配比，得到的燃烧产物主晶相为Ti3AlC2，而Ti2AlC的含量很少。当保持总原料各组分配比不变，加入TiC时，燃烧产物中的Ti2AlC相却变为主晶相，而Ti3AlC2和TiC相的含量急剧减少。燃烧产物Ti2AlC相的含量随添加的TiC质量分数（0－25％）的增加而增加。从动力学和热力学的角度探讨了TiC对燃烧合成Ti2AlC的影响机理。     

Sn做助剂机械合金化+热处理制备Ti_3AlC_2

以3Ti/Al/2C/0.1Sn粉体为原料,进行机械合金化,并对粉体产物进行热处理,制备高含量Ti3AlC2材料,并分析了产物的微观形貌。机械合金化3Ti/Al/2C粉体,可合成TiC、Ti3AlC2和Ti2AlC混合粉体产物。添加适量Sn可消除产物中的Ti2AlC,明显促进Ti3AlC2合成。对粉体产物进行热处理,可以提高产物Ti3AlC2含量。热处理温度过低或过高都不利于Ti3AlC2含量的提高。随着热处理温度的提高,晶粒长大明显,烧结倾向加剧,研磨困难。在900℃可以获得质量分数为95.2%的Ti3AlC2。热处理产物颗粒比较细小,可做复合材料的原料。     

Ti_3AlC_2掺杂SPS法制备Ti_2AlC/TiAl基复合材料的研究

通过2TiC-Ti-1.2Al体系的原位热压反应制备Ti_3AlC_2陶瓷,然后以59.2Ti-30.8Al-10Ti_3AlC_2(质量分数,下同,%)为反应体系,采用放电等离子烧结技术制备Ti_2AlC/Ti Al基复合材料。借助XRD、SEM分析产物的相组成和微观结构,并测量其室温力学性能。结果表明:原位热压烧结产物由Ti_3AlC_2和TiC相组成,Ti_3AlC_2呈典型的层状结构,TiC颗粒分布在其间;SPS法制备的Ti_2AlC/Ti Al基复合材料主要由Ti Al、Ti_3Al和Ti_2AlC相组成,Ti_2AlC增强相主要分布于基体晶界处,发挥了晶界/晶内内生型强化相的增强作用。力学性能测试表明:Ti_2AlC/Ti Al基复合材料的密度、维氏硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为3.85 g/cm~3、5.37 GPa、7.17 MPa·m~(1/2)和494.85 MPa,穿晶、沿晶及层状撕裂等混合断裂特征对改善性能发挥了重要作用。     

TiAl3对燃烧合成Ti3AlC的影响

以单质粉末Ti，Al和碳黑为原料，研究了添加金属间化合物TiAl3对燃烧合成Ti3AlC的影响。实验结果表明，仅以单质粉末Ti，Al和碳黑为原料，按Ti3AlC化学计量比配料，燃烧产物主要物相是Ti2AlC和TiC，无Ti3AlC。但在保持原料配比不变的情况下，在反应物原料中添加金属间化合物TiAl3（0～23．5％，质量分数）后，可得到Ti3AlC相物质，其含量随TiAl3的增加而显著增多，成为燃烧产物的主要物相之一。从动力学和热力学角度探讨了TiAl3对燃烧合成Ti3AlC的影响机理。     

原位热压反应制备Ti3AlC2/TiB2复合材料

Ti3AlC2综合了陶瓷和金属的诸多优点,有着潜在的广泛应用前景.然而,单相Ti3AlC2的硬度和强度偏低,限制了它的广泛应用.引入第二相形成复合材料是解决上述问题的一个有效方法.以Ti粉、Al粉、石墨和B4C粉为原料采用原位热压方法成功地合成了Ti3AlC2/TiB2复合材料.利用DSC和XRD对其反应路径作了详细研究,并利用SEM和TEM对复合材料的微观结构进行了表征,最后测试了复合材料的硬度和强度.结果表明用B4C-Ti-Al-C体系,可以在较低温度下合成致密的无杂质Ti3AlC2/TiB2复合材料;引入的TiB2明显提高了Ti3AlC2的硬度和强度.     

Ti-Al-C体系中添加TiAl3对燃烧合成 Ti3AlC2粉体的影响

以单质粉末Ti，Al和碳黑为原料，按Ti3AlC2化学计量比配料，燃烧产物主要物相是TiC1，只能得到少量Ti3AlC2相，但在保持原料配比不变的情况下，在反应物原料中添加金属间化合物TiAl3(质量分数为0-23．5％)，燃烧产物中Ti3AlC2的含量随添加TiAl3量的增加而显著增多，成为燃烧产物的主要物相。从热力学和动力学的角度探讨了TiAl3对燃烧合成Ti3AlC2的影响机理。     

Si掺杂放电等离子合成Ti2AlC/Ti3AlC2材料及理论分析

以Ti粉、Al粉、活性炭和Si粉为原料,采用放电等离子工艺分别以摩尔比为2.0Ti/1.1Al/1.0C、2.0Ti/1.0Al/0.1Si/1.0C、2.0Ti/1.0Al/0.2Si/1.0C、2.0Ti/0.9Al/0.2Si/1.0C和2.0Ti/1.0Al/0.3Si/1.0C,在1 200 ℃合成了Ti2AlC/Ti3AlC2块体材料.通过合成试样的X射线衍射谱,确定了放电等离子合成试样的物相组成,并用扫描电镜结合能谱仪观察了合成试样的显微结构和微区成分.结果表明:以2.0Ti/1.1Al/1.0C为原料放电等离子合成了层状结构明显的Ti2AlC材料;掺Si后所有试样都由Ti2AlC、Ti3AlC2和Ti3SiC2 3种物相组成;当掺Si量逐渐增大,即Al与Si的量比减小时,试样中Ti3AlC2和Ti3SiC2的含量增加,而Ti2AlC的含量降低,同时颗粒得到细化.应用量子化学计算结果解释了掺Si后不利于Ti2AlC的生成,而有利于Ti3AlC2的生成机理,说明了掺Si后固溶体的产生过程.     

Cr/Al/B/diamond体系中金刚石表面的热爆反应涂层

采用Cr/Al/B/diamond粉体为原料,并添加少量Cr₂O₃或B₂O₃以诱发热爆反应。结果表明:在高纯Ar保护下,热爆反应后的试样粉末化严重,易将结合剂与金刚石颗粒分离。添加Cr₂O₃的原料体系发生热爆反应后,结合剂中的主相为Cr₂AlB₂,金刚石表面会形成含Cr₃C₂和Al的复合涂层,涂层的晶粒大小为0.5～7.0 μm。当金刚石质量分数为10%和20%时,试样中的金刚石颗粒表面涂覆良好,其起始和终止氧化温度都显著高于未涂覆金刚石的;而在金刚石质量分数较高时,其表面涂覆效果略差。添加B₂O₃的原料体系发生热爆反应后,金刚石表面的涂覆效果不佳,只有半数或以下数量的金刚石颗粒被涂覆。      

金刚石表面的热爆反应合成涂层

以M(Mn或Cr)/Al/B/Diamond粉体为原料,通过热爆反应技术在金刚石表面生成多元复合涂层,并用X射线衍射仪、扫描电镜结合能谱仪研究2种原料体系及不同Al含量对陶瓷基体和涂层的物相组成和显微形貌的影响。结果表明：在N₂的保护和引爆下,Cr/Al/B/Diamond粉体的热爆反应在金刚石表面形成CrB-AlN基多元复合涂层及Cr5Al8和Cr2AlB2等副产物;在Ar保护下,Mn/Al/B/Diamond粉体的热爆反应在金刚石表面形成Mn₂AlB₂基复合涂层。2种涂层对金刚石的包裹良好。2种热爆反应由于放热量较小,反应产物难以烧结成块体。制备出的疏松多孔块体易于粉碎和分离,从而可将陶瓷基体与金刚石颗粒分离。     

金刚石粒径及含量对超音速激光沉积金刚石/Cu复合涂层微观结构及性能的影响

目的研究不同金刚石粒径及含量对超音速激光沉积金刚石/Cu复合涂层微观结构及性能的影响。方法利用超音速激光沉积技术制备金刚石/Cu复合涂层。采用扫描电镜和摩擦磨损测试对涂层的显微组织结构和磨损性能进行了分析,用激光闪烁法测量复合涂层的热导率。结果金刚石均匀分布在复合涂层中,原始粉末中金刚石体积分数从30%增加到50%时,复合涂层中金刚石颗粒的面积占比仅从14.01%升至16.79%,远低于金刚石颗粒在原始粉末中的含量。400目金刚石/Cu复合涂层的平均热导率为296 W/(m·K),摩擦系数为0.551;800目金刚石/Cu复合涂层的平均热导率为238 W/(m·K),摩擦系数为0.545。结论原始粉末中金刚石配比的增加并未对复合涂层中金刚石含量的提升有显著作用。金刚石/Cu复合涂层的热导率随着增强相颗粒含量的增加而降低,随着增强相颗粒粒径的增大而提高。不同粒径金刚石颗粒的添加能显著降低Cu涂层的摩擦系数,且小粒径金刚石颗粒的添加使复合涂层的摩擦系数更低和更稳定,从而使其具有更小的磨损量和磨痕宽度,表现出较优的耐磨损性能。     

粉末电爆喷涂方法制备Ti3SiC2涂层

在自制的连续送粉电爆喷涂设备上,以Ti₃SiC₂粉末为电爆喷涂材料制备了Ti₃SiC₂涂层。根据所制备涂层的表面形貌和截面特征,分析了充电电压、粉末粒径、石墨掺入量对电爆喷涂过程的影响。结果表明,粉末粒径为28 μm,充电电压高于15 kV、掺入的石墨粉为10%时,涂层沉积率较高,均匀性较好。XRD分析表明,涂层由TiC与Ti₃SiC₂组成。采用胶结对偶试样拉伸试验法测定的涂层结合强度大于37 MPa。分析认为,掺和石墨粉可提高电爆时粉末的导电性,减少粉末粒子外边缘的沿面放电,使粉末获得更加充分的加热,有利于涂层的形成。     

Al/Si比例对TC4合金表面激光熔覆Ti-Al-Si涂层组织与摩擦性能的影响

以不同Al/Si比例的Ti-Al-Si复合粉末为原料,采用激光熔覆技术在TC4合金表面制备Ti-Al-Si涂层,研究了Al/Si比例对涂层物相、微观组织、显微硬度及摩擦磨损性能的影响。结果表明,单道熔覆的涂层中没有发现明显的裂纹及气孔,涂层与基体之间呈现良好的冶金结合。不同Al/Si比例涂层中组织均以熔断的枝晶为主,枝晶的成分主要为α-Ti,增强相为板条状的Ti₅Si₃及Ti₇Al₅Si₁₂,枝晶间主要是TiAl、Ti₃Al、TiAl₃金属间化合物。Si元素含量越高,涂层中原位生成的增强相的含量越多,涂层的显微硬度也比较高,最高可达1194 HV0.1,约为基体的4.1倍,但增强相过多会使涂层的脆性增加,耐磨性降低。Al元素含量较多时,组织细化效果明显,增强相对硬度和耐磨性能的影响比晶粒细化的作用更强。     

Ti6Al4V合金激光熔覆Co-Ti3SiC2复合涂层的组织和摩擦学性能

为改善Ti6Al4V合金的摩擦学性能,分别用纯Co、Co-2%Ti₃SiC₂、Co-5%Ti₃SiC₂、Co-8%Ti₃SiC₂混合粉末为原料,在Ti6Al4V合金表面激光熔覆制备复合涂层,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)以及摩擦磨损试验机分析物相组成、显微组织结构以及在常温下的摩擦学性能。结果表明:所有复合涂层与基体结合良好,伴有少部分微孔。纯Co涂层的主要物相为γ-Co、CoTi、CoTi₂等,而Co-Ti₃SiC₂涂层物相包括γ-Co、CoTi、CoTi₂、TiC、Ti₅Si₃和残留的Ti₃SiC₂。涂层的硬度相对基体提高了1.90~2.15倍,而耐磨性能相应提高了3.02~5.44倍。     

Powder Size Influence on Tensile Properties and Porosity for PM Ti_2AlNb Alloy Prepared by Hot Isostatic Pressing

Pre-alloyed powder of Ti_2AlNb alloy was prepared by electrode induction gas atomization method, and the powder was screened into fi ve kinds of powder size distribution. Fully dense Ti_2AlNb alloy was prepared by powder metallurgy(PM) using hot isostatic pressing. The properties of pre-alloyed powder and PM Ti_2AlNb alloy were tested. Results show that mean grain size of PM Ti_2AlNb alloy is infl uenced by powder particle size, but particle size has no signifi cant infl uence on tensile properties. Finer Ti_2AlNb powder has low Argon gas bubble ratio and high oxygen content, and poor fl owability of fi ner powder increases the degree of diffculty during degassing. As a result, big pores( 50 μm) are observed in PM Ti_2AlNb alloy prepared by fi ner powder and cause plasticity loss of tensile properties. In order to get a better comprehensive properties of PM Ti_2AlNb alloy, powder with an average size(～ 100 μm) is suggested.     

微波烧结制备MAX相–金刚石复合材料

采用三元层状导电可加工陶瓷M_n+1AX_n（简称MAX相）材料粉体和金刚石粉体为原料,通过微波烧结制备以MAX相为结合剂的金刚石复合材料,研究MAX相的种类与金刚石含量对该复合材料的物相组成与显微形貌的影响。通过高温微波烧结MAX相-金刚石复合材料,金刚石表面会形成不同的涂层组织。MAX相的种类与金刚石含量对复合材料中基体组成和金刚石的表面涂层状态有显著影响。实验结果表明:在Ti₂SnC-金刚石复合材料中,烧结后Ti₂SnC会发生严重的分解,分解生成Sn与TiC,在含量较低时,表面仍然光滑,金刚石表面黏附少量富锡圆形组织;当金刚石含量较高时,金刚石表面形成许多细小TiC颗粒。在Ti₃AlC₂-金刚石复合材料中,Ti₃AlC₂分解后生成Al与TiC,金刚石的表面受到明显的侵蚀,同时在表面形成Al₄C₃和Al₂O₃二元组织。对于Ti₃SiC₂-金刚石反应体系,基体主相均为Ti₃SiC₂。当金刚石质量分数为10%时,同时还含有少量Si、TiSi₂和SiC;当金刚石质量分数为20%时,基体中还含有少量TiC,金刚石表面形成了SiC和TiSi₂二元涂层组织。      

SHS技术在金刚石表面镀覆Ni-TiC复合涂层的研究

采用Ni/Ti/石墨/金刚石粉体为原料,使用自蔓延高温烧结技术,合成了Ni-TiC结合剂金刚石复合材料。研究了金刚石含量和粒度对得到的试样的显微结构与物相组成的影响。研究结果表明:原料经自蔓延高温烧结后,产物主相为Ni、TiC和金刚石。当原料中物质的量比Ti:C=1:1时,无论金刚石粒度和含量如何调整,都很难在金刚石表面获得良好的涂层;只有当金刚石粒度较细时（20 μm）,才能在金刚石表面形成良好的涂覆。适当增加原料中Ti的含量,可以在金刚石表面形成比较均匀的Ni-TiC复合涂层,其中TiC晶粒大小约为1 μm。      

金刚石–SiC/Al复合材料的构型设计与导热性能

以SiC和镀钨金刚石增强体为原料制备预制体,通过气压浸渗技术在800 ℃,5 MPa条件下制备金刚石–SiC/Al复合材料。利用扫描电镜、红外热成像仪、激光导热仪等对复合材料性能进行分析,研究SiC和金刚石的含量与粒径比对复合材料构型的影响,从而优化复合材料导热性能。结果表明:在相同的SiC粒径下,金刚石体积分数的增加将使复合材料的导热性能明显提升。当金刚石体积分数为30%时,含F100 SiC的复合材料导热性能最佳,其热导率为344 W/(m?K)。当金刚石体积分数相同,粒径比从0.07增大到0.65时,复合材料导热性能依次提升;且在金刚石体积分数为15%时,复合材料的热导率增幅最大,从174 W/(m?K)增大到274 W/(m?K),增长了57%。通过改善金刚石–SiC/Al复合材料中增强体的含量和粒径比可以调控复合材料构型,充分发挥复合材料的导热潜力。