对称型叠层陶瓷喷嘴的结构设计及其冲蚀磨损行为研究

为提高陶瓷喷砂嘴抗冲蚀磨损能力,缓解喷嘴入口、出口的高应力状态,采用热压烧结工艺制备了Al2O3＋（W,Ti）C/Al2O3＋TiC三层对称型叠层陶瓷材料及叠层陶瓷喷嘴.研究结果表明：叠层陶瓷材料表层较之相应单一材料而言,具有更高的硬度和断裂韧性;在相同的冲蚀磨损条件下,叠层陶瓷喷嘴的抗冲蚀磨损性能较非叠层陶瓷喷嘴有显著的提高;试验分析叠层陶瓷喷嘴的最佳层厚比为2.此外,采用有限元法对叠层陶瓷喷嘴在制备过程中的残余应力进行了理论计算,给出了叠层陶瓷喷嘴中残余应力与层厚比的关系.研究表明,残余压应力的存在,细化了晶粒,提高了叠层材料表层的硬度和断裂韧性,是叠层陶瓷喷嘴其抗冲蚀磨损能力提高的原因.理论分析最佳层厚比也为2,理论分析与试验结果相互印证.     

梯度陶瓷喷嘴残余应力的有限元分析

为了提高喷嘴的抗冲蚀磨损能力,将梯度功能材料理论运用于喷嘴材料的设计中,改传统的均质喷嘴材料为非均质喷嘴材料,提出在梯度陶瓷喷嘴制备中将残余压应力引入喷嘴入口的设计目标.在组成分布指数一定的条件下,针对主要设计参数对梯度陶瓷喷嘴残余应力的影响进行有限元分析,探讨了梯度层厚度、临界梯度层材料组分差对SiC/(W,Ti)C单梯度陶瓷喷嘴残余热应力的影响规律,在组成分布指数取0.5时,优化SiC/(W,Ti)C梯度陶瓷喷嘴梯度层厚和临界梯度层材料组分差.结果表明,残余应力随梯度层厚h及临界梯度层SiC体积组分差的不同产生很大差异,合理设计梯度层厚h及临界梯度层SiC体积组分差可在喷嘴入口形成有效残余压应力,最佳梯度层厚为5mm,临界梯度层SiC组分差小于5%(体积分数).     

Al2O3-TiC/Al2O3-TiC-CaF2复合叠层陶瓷材料摩擦磨损性能

将Al2O3-TiC陶瓷材料与具有固体润滑特性的Al2O3-TiC-CaF2陶瓷材料进行叠层,通过真空热压烧结制备Al2O3-TiC/Al2O3-TiC-CaF2复合叠层陶瓷材料.在环盘式摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损实验,研究该材料在不同载荷、转速条件下的摩擦系数和磨损率,分别用SEM及EDS观察材料磨损前后的微观形貌和分析其成分组成,研究其磨损机制.结果表明:在相同载荷条件下,Al2O3-TiC/Al2O3-TiC-CaF2复合叠层陶瓷材料的摩擦系数和磨损率随着转速的升高而下降,在相同转速条件下,其摩擦系数和磨损率随着载荷的增加而下降;Al2O3-TiC/Al2O3-TiC-CaF2复合叠层陶瓷材料的磨损机制主要是磨粒磨损和黏着磨损.     

液相包覆制备Ce-TZP陶瓷的力学性能与稳定行为

采用XRD、SEM、TEM等分析手段对由液相包覆工艺制备的Ce—TZP陶瓷的微结构进行了研究，并和共沉淀粉体制备的Ce—TZP陶瓷进行了对比分析．力学性能表明，同共沉淀粉体制备的Ce—TZP陶瓷相比，由液相包覆工艺制备的Ce—TZP陶瓷虽硬度下降，但断裂韧性改善；液相添加少量Al2O3硬度随之增加、断裂韧性显著提高．电镜分析表明，液相包覆工艺制备的Ce—TZP陶瓷晶粒尺寸分布宽化，一部分晶粒尺寸较大但CeO2含量低、易发生马氏体相转变晶粒的存在是断裂韧性改善的主要原因．陶瓷体中单斜相大晶粒与四方相之间的残余应力、添加少量Al2O3在晶界上易形成薄的非晶包裹层，是增加可相变四方相数量，提高断裂韧性的其它机制。     

Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料的研究

采用热压工艺制备了Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料,测量了其力学性能.结果表明,当CaF2含量为10%(质量分数,下同)时,Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料的强度和硬度最高,分别达到了589MPa和HV1537.其微观结构显示,Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料的晶粒大小均匀,基体组织成网状结构,有利于提高材料的强度.对Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料室温干摩擦下的摩擦磨损行为进行了研究,当CaF2含量为10%时,摩擦系数最低,约为0.28左右,CaF2含量为15%的陶瓷反而具有较大的摩擦系数,达到了0.32左右.研究表明,Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料能形成有效的减磨层,从而显著降低摩擦系数和磨损因子,具有一定的自润滑性能.     

氩弧熔覆含Al_2O_3-TiB_2增强颗粒的自熔性镍基合金复合层的冲蚀磨损性能

为了提高Al2O3-Ti B2复相陶瓷涂层的冲蚀磨损性能并降低熔覆成本,以Ni60A自熔性合金粉末、Al2O3粉末以及Al-Ti O2-B2O3体系为原料,在Q235钢表面氩弧熔覆原位合成了Al2O3-Ti B2增强颗粒复合层。采用金相显微镜、X射线衍射仪、显微硬度仪及冲蚀磨损试验对熔覆层的显微组织、物相结构、显微硬度和耐冲蚀磨损性能进行分析。结果表明:熔覆层与基体之间的结合方式为冶金结合,界面无气孔、裂纹;熔覆层中有Al2O3,Ti B2,Fe2B和Fe19Ni3相生成;熔覆层的显微硬度最高可达771.9 HV,较基体提高了3.82倍;熔覆层的冲蚀磨损性能相对基体提高了2.49~4.70倍。     

ZrO_2增韧Al_2O_3陶瓷的力学性能和增韧机制

对通过热压烧结法制备的3种陶瓷99.5vol%Al2O3(AD995)、ZrO2(15vol%)/Al2O3和ZrO2(25vol%)/Al2O3的力学性能和增韧机制进行了实验和理论研究。基于复合材料细观力学理论并考虑ZrO2的相变特性,建立了描述ZrO2/Al2O3陶瓷力学性能的本构模型。结果表明:ZrO2的加入细化了基体Al2O3晶粒,ZrO2/Al2O3陶瓷的致密性得到提高;3种陶瓷试件的破坏呈现小变形到脆性破坏的特点,压缩加载下试件应力-应变曲线近似为线性关系;AD995陶瓷的断裂韧性为5.65 MPa·m1/2,ZrO2(25vol%)/Al2O3陶瓷的断裂韧性为8.42 MPa·m1/2,提高了近50%;随ZrO2增韧相含量的增加,ZrO2/Al2O3陶瓷的弹性模量降低而断裂韧性增加,这一变化趋势与实验结果有良好的一致性。     

Ti-6Al-4V表面超声滚压制备Al_2O_3膜层的微观组织及性能研究

运用超声滚压处理(USRP)的方法,在Ti-6Al-4V合金表面制得一层Al2O3薄膜。利用SEM、XRD、光学干涉仪及显微硬度计分析了超声滚压处理后试样表面层的微观组织和性能。结果表明:加入Al2O3粉末进行USRP后可以在基体金属表面形成厚度约为7μm的Al2O3膜层,且结合处基体金属存在残余压应力和塑性变形。相对于母材,处理后试样表面粗糙度降低50%,表面硬度提高98%。同时,处理后试样表面层存在残余压应力场,最大压应力值为-687MPa,位于最表层,残余压应力深度为420μm。加入Al2O3粉末的USRP后的试样,既利用表面Al2O3的加入进一步提高其表面硬度,同时保留了USRP的优势。     

不同Al2O3-TiO2-Cr2O3-SiO2配比等离子喷涂层的耐磨粒磨损性能

为了探讨等离子喷涂制备Al2O3-TiO2-Cr2O3-SiO2层的可行性及其喷涂层的耐磨性,采用等离子喷涂在Q235钢表面分别制备了54%Al2O3-36%TiO2-10%Cr2O3-0.5%SiO2,42%Al2O3-28%TiO2-28.5%Cr2O3-1.5%SiO2和30%Al2O3-20%TiO2-47.5%Cr2O3-2.5%SiO23种陶瓷层,分析了陶瓷涂层的金相显微形貌、显微硬度及耐磨粒磨损性能,并分析了其耐磨粒磨损的机理。结果表明:3种涂层的显微硬度分布均具有梯度分布特性,Al2O3+Cr2O3硬质相含量越高,涂层硬度越大;30%Al2O3-20%TiO2-47.5%Cr2O3-2.5%SiO2喷涂粉制成的涂层的硬度最大,耐磨粒磨损性能最佳。     

超重力下燃烧合成Al2O3-ZrO2(Y2O3)共晶陶瓷组织性能演化

采用超重力下燃烧合成工艺进行Al2O3-ZrO2 (4Y)共品陶瓷的制备,研究了Al2O3-ZrO2(4Y)共晶陶瓷的凝固行为、组织演化与力学性能的关系.XRD、SEM与EDS分析显示陶瓷基体组织是由表层的微纳米晶组织和心部的ZrO2四方相微米球品组织组成.陶瓷表层微纳米品组织的形成是因Al2O3高熵相率先形核和Al2O3各向异性生长,诱发Al2O3-ZrO2(4Y)小平面-小平面共晶生长所致;处于陶瓷心部的ZrO2四方相微米球晶组织则是因ZrO2高温立方相快速生长,导致Al2O3和ZrO2独立长大所致.力学性能测试结果表明因陶瓷凝固行为引起的显微组织演化,使其表层具有最大的维氏硬度(20.2GPa),而其心部则具有最高的断裂韧性(18.5±1.6MPa·m1/2),陶瓷弯曲强度达至1268±112MPa.