粉末注射成形钛铝烧结工艺研究

利用Ti-47.5Al-2.5V-1.0Cr(%)气雾化预合金粉末为原料, 采用注射成形工艺制备了TiAl合金材料, 研究了TiAl合金烧结工艺以及烧结工艺对烧结体显微组织、密度和性能的影响. 结果表明: 烧结体在超固相线液相区烧结得到密度最高. 在1450 ℃保温30 min, 烧结体的相对密度达到95%, 抗压强度为2105 Mpa, 压缩率达到30.9%, 接近铸态合金力学性能. 烧结体在α γ相区和α相区保温1 h, 相对密度分别为73%和85%. 在1300～1400 ℃, 随着片层团的增加, 烧结体组织由双态组织逐渐变为全片层组织. 在超固相液相区, 随着γ相的减少, 烧结体组织由近片层组织逐渐转变为全片层组织.     

放电等离子烧结钛基磷酸三钙陶瓷复合材料的力学性能与生物活性

采用放电等离子烧结法制备钛基磷酸三钙(Ti/α-TCP)复合材料,利用扫描电镜(SEM),能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对该材料的组织结构与界面反应进行观察与分析,并测试其抗压强度与生物活性,研究烧结温度与钛含量对Ti/TCP复合材料组织与性能的影响。结果表明:烧结温度在900℃以上时,Ti与α-TCP界面发生反应;增加钛含量有利于提高复合材料的强度。在Ti/α-TCP混合粉末中添加钛网作为骨架时,界面反应更复杂,并且温度越高,反应产物越多,当烧结温度达到1 100℃时,生成Ti的氧化物以及TixPy和CaTiO_3。在900℃烧结的70Ti/α-TCP/钛网复合材料抗压强度最高,达到590 MPa,浸入模拟体液中14天后表面形成一层厚厚的磷灰石,该材料作为骨植入替换材料具有很大的应用价值。     

放电等离子烧结制备W-9.8Ni-4.2Fe合金的高温压缩性能

采用放电等离子烧结法,通过高温压缩性能测试和扫描电镜(SEM)观察,研究粉末制备工艺和烧结温度对W-9.8Ni-4.2Fe合金在800℃下高温压缩性能的影响。结果表明,高能球磨粉末烧结合金的硬度和高温压缩性能均优于混合粉末烧结合金;在1 150℃下球磨粉末烧结合金的压缩强度最高,达到1 150 MPa,但当烧结温度在1 050~1 250℃范围内变化时,烧结合金的压缩应力应变曲线变化并不显著。     

铝基体类型对铍铝复合材料均匀流变特征的影响

在变形温度450~600℃、应变速率0.1~10 s-1条件下, 采用Gleeble-3800热模拟试验机和扫描电镜研究了铝基体类型对铍铝(Be/Al)复合材料流变曲线、应变硬化指数(n)及压缩试样宏微观组织结构的影响。结果表明: 纯铝基复合材料在相对较小的应变下易发生断裂失效; 6061Al基复合材料在发生不稳定变形之前的均匀变形能力高于纯铝基复合材料, 具有更好的均匀变形能力。     

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。     

烧结温度对放电等离子烧结（SPS）制备氧化石墨烯/2024Al复合材料的微观组织和性能影响

以氧化石墨烯（Graphene Oxide）和2024Al粉末为原料，通过静电自组装+放电等离子烧结（SPS）的工艺，制备了含不同质量分数氧化石墨烯和不同烧结温度的氧化石墨烯/2024Al复合材料，并对烧结后材料的微观形貌和力学性能进行表征和测试。结果表明：复合粉体中氧化石墨烯均匀分布，包覆在Al颗粒表面。550℃烧结温度下含0.5%、1%和2%氧化石墨烯（GO）复合材料的压缩强度先提高后降低，分别提高到428.02 MPa和540 MPa，相比于基体提高了12.5%和42%     

粉末注射成形TiAl超固相线液相烧结工艺研究

以Ti-47.5%Al-2.5%V-1.0%Cr(原子数分数)气雾化预合金粉末为原料,采用粉末注射成形工艺制备了TiAI合金材料,重点研究了该TiAI合金超固相线液相烧结温度区间和保温时间以及烧结体显微组织、密度和压缩性能的变化规律.结果表明:烧结温度在1410～1450℃,保温时间在1h以内,烧结体可以致密化;在1 450℃保温30min,烧结体相对密度可以达到95%,烧结体的抗压强度为2 105MPa,压缩率达到30.9%,接近铸态合金力学性能;随烧结温度升高,烧结体近片层组织中的7等轴晶逐渐减少,片层团逐渐增加.     

粉末粒径和烧结温度对K418高温合金多孔材料显微结构及性能影响

以气雾化K418镍基高温合金球形粉末为原料，经过粉末松装烧结制备出高温合金多孔材料。通过对多孔材料微观结构、渗透性能、毛细性能及压缩强度进行表征，研究了原始粉末粒径和烧结温度对多孔吸液芯样品显微结构及性能的影响。结果表明，随烧结温度增加，样品的平均孔径和孔隙率减小；在相同烧结温度下，随着原始粉末粒径增加，样品的平均孔径和孔隙率增大。在烧结温度为1230℃，粉末粒径为53～150μm的条件下，多孔材料样品综合性能最优，渗透率为13.69×10-15 m2，毛细压力为22.1 kPa，压缩强度为86 MPa。     

微观组织结构对TiAl合金高温氧化行为的影响

通过分析不同微观组织TiAl合金在850℃下的恒温氧化行为,揭示了不同微观组织TiAl合金的高温氧化机制。研究表明,近γ组织和双态组织TiAl合金表现出优异的高温抗氧化性,850℃恒温氧化100h后,样品表面氧化膜厚度分别为13.78、12.81μm,而全片层组织TiAl合金在同等条件下的氧化膜厚度为19.06μm。经850℃氧化100 h后,不同微观组织TiAl合金表面均形成了不具有保护作用的TiO₂/Al₂O₃混合氧化层。全片层组织TiAl合金高温抗氧化性不足的主要原因是基体中存在过多的原子扩散通道(片层晶界和板条相界),导致大量的氧进入基体发生氧化反应,而近γ组织和双态组织中原子扩散通道明显减少,且存在大量抗氧化性能优异的γ晶粒,显著降低了氧扩散与氧化速率,从而提高了TiAl合金的高温抗氧化性能。     

铜基高通量换热管内多孔层的制备及性能研究

烧结型高通量换热管是通过在普通换热管内表面烧结一定厚度的多孔金属层达到强化沸腾传热的效果,多孔层的烧结温度对基管性能不能有损伤,同时要求多孔层本身孔隙连通,与基管结合较好,且耐蚀性与基管相当。本文设计了一种适用于铁白铜基管（BFe10-1-1）的管内多孔层烧结合金粉末Cu-10% Ni-20% Zn-2% Sn（质量分数）,该粉末成分耐蚀性优于基管。烧结实验结果表明,该合金粉末在940℃下烧结时对基管性能无损伤,烧结后与基管结合良好,同时粉末多孔层内部孔隙均匀联通;进一步的应用实验也证明,该多孔层合金粉末具有非常好的传热效果。     

石墨烯增强TC4复合材料的微观组织及力学性能

采用球磨法将石墨烯与TC4预合金粉末混合,通过放电等离子烧结工艺在1 200℃制备了石墨烯/TC4复合材料。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪等研究了复合粉末混合前后的形貌和物相结构;采用显微硬度计、Gleeble-3800D热模拟试验机等分析了复合材料的显微硬度和压缩性能。结果表明:通过干法球磨和放电等离子烧结工艺制备的复合材料组织致密,石墨烯与TC4原位生成的TiC在晶界处析出,提高了复合材料的力学性能。复合材料的室温压缩强度和屈服强度,相对于基体分别提高了17.03%和12.5%;硬度和延伸率分别提高了18.2%和60%。石墨烯的加入使得TC4基体晶粒细化,同时与基体反应生成了TiC颗粒,对基体产生了强化效果。     

烧结温度对生物医用钛基复合材料性能的影响

以钛粉和羟基磷灰石(HA)为原料,采用粉末冶金法制备了生物医用钛基复合材料,研究了烧结温度(1 200、1 300、1 400℃)对其显微组织、物相变化、致密化及抗压强度的影响。结果表明:合适的烧结温度可以使复合材料具有优良的显微组织及力学性能。当烧结温度为1 200℃时,HA已经发生分解并反应,且材料组织疏松;随着烧结温度升高,试样变得致密且显微组织粗大,同时生成TiP及CaTi_4(PO_4)_6等脆性相,其抗压强度反而降低。     

热轧石墨烯增强铜铬锆复合材料微观组织与性能

石墨烯/铜铬锆基复合材料具有优良的性能,石墨烯在基体中的分布情况直接影响复合材料的物理性能和力学性能。采用放电等离子烧结（SPS）法和轧制工艺制备了不同石墨烯含量的石墨烯/铜铬锆基复合材料（GNP/CuCrZr基复合材料）,研究了复合材料的显微组织形貌,并对复合材料的致密度、硬度、导电率进行了分析。根据复合材料的力学性能和拉伸断口形貌,分析了复合材料热轧前后的断裂机制。结果表明：SPS后,GNP随机分布在CuCrZr基体中,此时复合材料晶粒较粗大;热轧后复合材料发生再结晶现象,晶粒尺寸减小,GNP沿着轧制方向定向排列并均匀的分布在晶界处。热轧有效改善了GNP/CuCrZr基复合材料的致密度,且随着石墨烯含量的增加,改善效果越明显。轧制态0.25%GNP/CuCrZr基复合材料致密度达到了99.8%。轧制后复合材料的强度和塑性大幅度增加,轧制态0.25%GNP/CuCrZr基复合材料的抗拉强度为272 MPa,延伸率为34%,与烧结态的复合材料相比分别提高了3.0%和143%。烧结后复合材料断裂机制为脆性断裂,而轧制后变为韧性断裂。     

TiH_2发泡制备TiAl基多孔材料及其组织性能研究

通过在Ti、Al粉末中使用少量TiH2发泡剂替代纯Ti粉,制备具有高孔隙率特征的TiAl基多孔材料。探索适合的粉末复合方法,研究不同含量TiH2、不同Ti、Al粉末成分配比以及烧结工艺对材料孔隙率的影响。结果表明:n(Ti)∶n(Al)=1∶2,TiH2质量比为5%,真空反应烧结温度620℃、保温时间4 h条件下材料的孔隙率最大,可达到63.5%。材料的孔隙率随TiH2含量的增多、Al含量的增多先增大后逐渐减小,随烧结温度的升高逐渐减小,且多为连通型孔隙。烧结后多孔材料热导率为2~14 W·(m·K)-1。不同TiH2含量TiAl基金属间化合物抗压强度在6~40 MPa之间。     

纳米二氧化钛/石墨烯复合材料制备及其光催化性能研究

采用水热法制备纳米TiO_2/石墨烯复合材料,并研究了纳米TiO_2/石墨烯复合材料光催化性能的影响因素。通过XRD、UV-Vis、SEM和EDS等手段对样品进行了表征与分析,以亚甲基蓝(MB)为目标降解物,评价了纳米TiO_2/石墨烯复合材料的光催化效果。研究表明复合材料结晶良好,带隙小,在可见光下具有较好的光催化性能。水热时间、水热温度和氧化石墨烯含量对复合材料的光催化性能均产生影响。样品的光催化活性随着水热时间和氧化石墨烯含量的增加而增高;随水热温度的升高先增高后降低然后又增高。在水热时间为10 h,水热温度120℃,石墨烯含量为5%的条件下制备出的纳米TiO2/石墨烯复合材料光催化性能最好,复合材料粉末在5 h内对亚甲基蓝的降解率高达86.99%。     

热挤压石墨烯/Al基复合材料的组织及性能研究

随着科技的不断发展，为满足军工、航空航天、汽车、电子工业等对铝合金的性能提出的更高的性能、功能及结构等需求，Al基复合材料具有高比强度、高比刚度、低密度、低热膨胀系数、高耐磨性，由于其优异的力学性能及良好的可加工性成为该领域的关键新型材料。实验采用粉末冶金技术制备了石墨烯质量分数为1%的石墨烯/Al基复合材料，通过扫描电镜（SEM），高分辨透射电镜（HRTEM）和拉伸试验机表征了烧结态和挤压态石墨烯/Al基复合材料的微观组织，拉伸性能和断口形貌，系统性研究了热挤压前和热挤压后Al基复合材料中石墨烯纳米片的分布状态，进而探明了热挤压工艺对石墨烯/Al基复合材料组织和性能的影响。结果表明：挤压态石墨烯/Al基复合材料的组织均匀致密，缺陷和孔洞数量明显较烧结态大幅降低。超声分散和热挤压工艺有效抑制了石墨烯与Al基体的有害界面反应。挤压态石墨烯/Al基复合材料的抗拉强度和伸长率为161.34 MPa和23.57%，较烧结态（124.41 MPa, 20.78%）分别提高29.7%和13.5%。断口形貌显示烧结态石墨烯/Al基复合材料的断口韧窝小并且浅，撕裂棱光亮，而挤压态石墨烯/Al基复合材料...     

粉末冶金法制备SiCp/Cu复合材料及组织性能研究

以高纯SiC粉、Cu粉为原料,通过机械球磨、真空热压烧结制备SiC颗粒弥散强化铜基(SiCp/Cu)复合材料。采用SEM、XRD等方法,研究了球磨粉末形貌、粒度及成分均匀性的变化规律,同时研究了真空热压烧结SiCp/Cu复合材料微观组织、力学性能和物理性能。结果表明:球磨转速为250 r/min、球料比为10:1(质量比)时,球磨10 h获得的SiC/Cu复合粉末成分均匀,无团聚现象;真空热压烧结复合材料的相对密度达到92%以上,SiC颗粒均匀弥散分布,具有很好的力学性能和导热导电性能;其中,烧结温度850℃、保温1 h制备的材料综合性能更佳,致密度达到96.2%,热导率为221.346 W/(m·K),电导率为65.3%IACS,抗压强度为467.46 MPa,断裂应变可达20.87%。     

放电等离子烧结温度对TiB2/Al复合材料结构与性能的影响

以铝粉为基体、二硼化钛颗粒为增强体,采用放电等离子烧结(SPS)技术制备TiB₂/Al复合材料,研究了不同烧结温度(500、525、550℃)对复合材料的物相组成、致密度、显微硬度、抗拉/抗压性能的影响。结果表明,所制备复合材料主晶相为α-Al,烧结温度高于525℃时析出少量TiB₂相;随着烧结温度升高,复合材料的致密度、硬度、抗拉强度和抗压强度均呈现先增大后减小的趋势,伸长率和压缩率则先减小后增大;烧结温度为525℃时,复合材料的综合性能最佳,致密度和显微硬度(HV)分别获得最高值98.57%和49.83,抗拉强度(84.9 MPa)和抗压强度(265.1 MPa)也达到最大值;烧结温度偏高时(550℃),材料内部形成孔洞,拉伸过程中出现穿晶断裂现象。     

不同应变速率下TiAl基合金压缩断裂行为的研究

通过力学性能测试和扫描电镜观察,研究了全层组织和双态组织γ-TiAl基合金在不同应变速率下的压缩断裂行为。结果表明：室温下其压缩性能远远优于拉伸性能,且表现出一定的塑性;材料的力学性能参数对应变速率非常敏感,当应变速率逐渐增加时,全层组织的屈服强度和抗压强度均呈增大趋势;而双态组织在应变速率由静态、准静态到动态的变化范围内,屈服强度和抗压强度的值先减小后增大,当应变速率ε′=9.8×10^-4s^-1时,屈服强度和抗压强度的值达到最小;试样的最终断裂是通过裂纹的形核、扩展以及相互贯通而形成的,断裂面主要由剪应力形成的剪切无定形断裂特征和正应力形成的解理断裂特征组成,并且在不同应变速率下其断口也呈现出规律性的变化。