聚碳硅烷原位自生增强钛基复合材料的组织及性能

以低氧氢化脱氢钛粉和陶瓷先驱体聚合物聚碳硅烷(PCS)为原料,通过粉末冶金工艺原位自生制备高强高塑钛基复合材料,探究了PCS的引入对钛基复合材料的控氧效果、烧结致密化过程、基体显微组织和力学性能的影响规律。结果表明:采用湿混包覆工艺可以将PCS包覆于Ti粉表面,有效控制材料制备过程中的氧增,其中制备的Ti-1.0%PCS(质量分数,下同)复合材料的氧质量分数为0.21%～0.24%,显著低于未经处理的CP-Ti样品(0.36%～0.41%)。在烧结过程中,PCS受热分解并与Ti基体原位反应生成TiC颗粒,弥散分布在基体中,而Si元素则固溶于Ti基体。PCS的引入对Ti基体的性能具有明显的改善作用,经1200℃/2 h烧结制备的Ti-1.0%PCS复合材料致密度达到98.4%,洛氏硬度为37.1 HRC,屈服强度为544 MPa,抗拉强度为650 MPa,延伸率为14.5%,其综合性能指标显著优于CP-Ti样品。     

放电等离子烧结法制备原位TiB增强Ti-6Al-4V复合材料的显微组织特征（英文）

钛基复合材料在运输和航空工业领域具有广泛的应用。以Ti-6Al-4V和B4C为原料分别采用冷压-真空烧结和放电等离子烧结两种方法制备Ti B晶须增强钛基复合材料。考察不同复合材料Ti B晶须的分布、大小以及长径比,研究放电等离子烧结温度对Ti B晶须增强钛基复合材料的影响。光学显微镜(OM),扫描电镜(SEM)以及EDS分析结果表明:将放电等离子烧结温度从900°C升高到1100°C可以使Ti B晶须原位自生反应完全,同时减少材料的孔隙含量。     

基体组织对TiC/Ti-6Al-4V复合材料断裂韧性的影响

采用原位自生的方法制备了TiC颗粒增强的TiC/Ti-6Al-4V复合材料。将锻造后的钛基复合材料在700 ℃、995 ℃以及1020 ℃进行热处理,获得具有不同基体微观组织的复合材料,研究基体微观组织对钛基复合材料拉伸性能以及断裂韧性的影响。结果表明,初始α相的含量及其尺寸对TiC/Ti-6Al-4V复合材料的断裂韧性影响较大,初始α相体积分数为20%时,复合材料拉伸性能最好,抗拉强度和伸长率分别为1057.5 MPa、19.95%;同时具有优良的断裂韧性。     

纳米金刚石含量对网状结构钛基复合材料组织与性能的影响

通过对钛粉表面修饰聚乙烯醇,利用交联反应使纳米金刚石(NDs)均匀分布在球形钛粉末表面,然后采用放电等离子烧结技术成功制备了网状结构分布的纳米金刚石增强钛基复合材料。研究了不同NDs含量对复合材料组织结构、导热性能与压缩性能的影响。结果表明,部分NDs与Ti原位反应生成了Ti C,其与残留的NDs呈三维网络状分布在TA1纯钛基体中,网络尺寸为100～200μm。导热测试结果表明,随着增强相含量的增加,复合材料的热导率呈下降趋势;压缩实验表明:Ti-1.0%NDs(质量分数)复合材料有较优异的性能,强度提高的同时仍然保持了高塑性。材料断裂时主要是沿网状结构界面处断裂,几百微米尺寸的网状结构起到加固梁的作用,而网络状内部存在着大量纯钛晶粒仍保持较低的硬度和良好的塑性,从而有效的调和了钛基复合材料强度和塑性的矛盾。     

放电烧结多孔和表面多孔Ti-6Al-4V植入材料的力学性能

多孔包覆的钛和Ti-6Al—4V合金可以增加表面积,改进植入件与人体骨组织的结合能力。通常多孔包覆的钛基植入件可通过室温粉末模压及高温烧结而成。多孔和表面多孔的钛植入件的制备,是将钛粉在氧化铝坩埚中1000℃真空烧结24h得到,但其平均压缩强度仅为184±34MPa;而芯部致密的多孔件则是在钛粉中插入实心棒后烧结而成,依实心棒的尺寸不同,其强度在218～237MPa之间。     

TiC/Ti层状复合材料组织与力学性能研究

为了平衡钛基复合材料（titanium matrix composites, TMCs）的强度和延展性,通过电泳沉积将氧化石墨烯（graphene oxides, GOs）沉积到Ti箔表面,然后进行放电等离子烧结（spark plasma sintering, SPS）制备了具有层状结构的原位TiC/Ti复合材料,并对复合材料进行冷轧和退火处理从而进一步优化复合材料的综合力学性能。结果表明,烧结过程中,Ti箔表面的GOs与Ti基体反应形成了原位TiC,从而形成了TiC/Ti层状复合材料,随着沉积时间的增加,分布在Ti层之间的TiC的含量增加;复合材料经过冷轧和退火后,退火态材料的晶粒为等轴晶,且TiC仍然保持层状分布特征。沉积时间120 s时,烧结态材料的抗拉强度（UTS）为555 MPa,伸长率（δ）为15%;退火态材料的抗拉强度为568 MPa,伸长率为27%,相比于烧结态材料,退火态材料达到了较好的强塑性匹配。此外,基于微观组织及断裂行为的分析对复合材料的强韧化机制进行了讨论。     

烧结气氛对Nb＋PCS烧结体制备的影响

以聚碳硅烷(PCS)为先驱体,同时混以铌粉,采用粉末冶金的方法,在N2和Ar烧结气氛下制备出铌基复合材料.考察了用此种原料制备铌基复合材料的工艺,及所得材料的相组成及组织结构特点,并对烧结过程反应的化学方程式进行了初步探讨.结果表明,烧结气氛与PCS Nb粉烧结体的制备有很大关系.在N2保护下得到的烧结体由基体相Nb和复合相Nb2N、NbN组成,它分布在基体相的边沿,烧结体密度较低;而在Ar保护下制得的烧结体由基体相Nb和复合相Nb的硅化物相组成,硅化物相分布于界面处,烧结体更加致密,Nb-Si相显著提高材料的力学性能.     

放电等离子烧结TaC/Ti复合材料的组织与力学性能

采用放电等离子烧结(SPS)制备碳化钽(TaC)颗粒增强钛基复合材料,通过X射线衍射仪、扫描电镜和电子探针分析了复合材料的微观组织和力学性能。结果表明：SPS制备方法在温度高于800 ℃烧结可得到致密TaC/Ti复合材料;TaC显著提高钛的硬度和强度,加入5%TaC复合材料的维氏硬度高于500 MPa,抗弯强度高于600 MPa;烧结过程中发生固相扩散反应,TaC与金属钛反应被消耗,析出分布均匀的(Ti,Ta)C1-x碳化物,分解出的Ta固溶于钛金属基体;第二相强化与固溶强化2种强化机制的共同作用使复合材料强度、硬度大幅度提高     

低成本高性能粉末冶金钛合金

粉末冶金是短流程制备低成本、高性能钛及钛合金的有效方法。低成本氢化脱氢（HDH）钛粉可用于制备粉末冶金钛合金制件,但由于受间隙原子含量高、烧结致密度低和微观组织粗大等因素影响,使粉末冶金钛制品的组织性能优势得不到发挥。实验采用氢化脱氢钛粉—冷等静压—真空烧结的技术路线制备了Ti-6Al-4V烧结坯,间隙原子含量低（O<0.16 wt.%, N<0.05 wt.%, H<0.015 wt.%）,具有均匀细小的近等轴?组织,良好的室温拉伸性能（UTS>930 MPa, YS>870 MPa, El>14%）。实验同时表明了HDH工艺制备低间隙原子含量钛粉的可行性,间隙原子含量的增加主要源于粉末及压坯的操作、转移和储存过程。得益于粉末冶金钛合金的细晶和近终成形特点,它无需通过开坯锻造,并且近成型的烧结坯能够提高材料利用率,减少后续热加工变形量及加工道次。因此,以粉末钛合金烧结坯替代锻坯进行后续的塑性加工能够大幅度降低钛合金构件及型材的成本。     

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。     

电弧熔炼Ti6Al4V/B4C复合材料微观组织与力学性能

采用真空电弧熔炼技术制备了不同含量B₄C的Ti6Al4V/B₄C钛基复合材料,并采用光学显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度计、静态压缩及拉伸测试等对其微观组织及力学性能进行了表征分析. 结果表明,电弧熔炼过程B₄C与钛基体原位反应生成TiB,TiC及TiB₂相,TiB呈现一维生长晶须状,TiC呈现颗粒状,在B₄C质量分数为10%时生成块状TiB₂,并可能会形成特殊的中空棱柱状结构Ti(B_xC_y)聚合物. 原位反应生成的TiB₂可显著提高钛基复合材料的显微硬度. 当B₄C质量分数为0.5%时,钛基复合材料原位反应生成的连续网状、均匀分布的TiB和TiC试样具有最优力学性能,试样最大抗压强度值达到1 990 MPa,最大压缩应变为35.5%,压缩性能超过熔炼钛合金,抗拉强度达到1 034 MPa,与熔炼钛合金材料相比提高近24%,但塑性有所降低,并随着B₄C含量增加,抗拉强度逐渐下降,其断裂方式由韧性断裂转变为脆性断裂.     

Effects of various sintering methods on microstructure and mechanical properties of CP-Ti powder consolidations

Effects of various sintering methods such as spark plasma sintering (SPS), hot pressing (HP) and electric resistance sintering (ERS) on the microstructure and mechanical properties of commercial pure titanium (CP-Ti) powder consolidations with particle size of <147 μm, <74 μm and <43 μm were studied. The smaller particle powders are densified to proceed at a higher rate. Dense titanium with relative density up to 99% is found to take place at 850 °C under 30 MPa of SPS and HP condition. However, in case of ERS, CP-Ti powders were densified almost at 950 °C under 30 MPa. The microstructure of sintered titanium is composed of equiaxed grains at 850–950 °C. The yield strength of sintered body composed of <43 μm powder is 858 MPa by using SPS at 850 °C under 30 MPa. When there is a higher content of small particle, the higher yield strength value is obtained both by using SPS and HP. However, when ERS is introduced, the highest yield strength is 441 MPa at 950 °C under 30 MPa, which shows much lower values than those by SPS and HP methods. ERS method takes much less sintering time compared with SPS and HP. Nevertheless, higher sintering temperature results in lower strength and elongation because of brittle fracture.     

放电等离子烧结TiB/Ti-1.5Fe-2.25Mo复合材料的微观组织与力学性能

采用放电等离子烧结技术原位合成了TiB增强Ti?1.5Fe?2.25Mo复合材料,研究了烧结温度对复合材料微观组织和力学性能的影响规律。结果表明,随着烧结温度的升高,钛合金中 TiB 晶须的长细比迅速减小;然而,复合材料的相对密度及TiB的体积含量随着烧结温度的升高而不断增大。由于TiB晶须长细比的减小会导致复合材料强度的降低,而复合材料的相对密度及TiB体积含量的增大又会带来复合材料强度的增加,因此,在这两种因素的共同作用下,最终导致 TiB/Ti?1.5Fe?2.25Mo复合材料的弯曲强度随着烧结温度的升高而缓慢增大。在烧结温度为1150°C 时,TiB/Ti?1.5Fe?2.25Mo复合材料具有最大的弯曲强度1596 MPa。     

YbB6 对Ti-6Al-4V钛合金组织和性能的影响

采用放电等离子烧结（SPS）制备了含YbB₆的Ti-6Al-4V钛合金,并研究了YbB₆对Ti-6Al-4V钛合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,随着YbB₆含量的增加,复合材料的显微组织发生转变,晶粒明显细化,原位反应生成的TiB晶须和Yb₂O₃颗粒有利于复合材料力学性能的提高。此外,当添加0.6%（质量分数）YbB₆后,烧结样品的相对密度、显微硬度、屈服强度、极限拉伸强度和延伸率分别为99.43%、4030 MPa、903 MPa、1148 MPa和3.3%。与Ti-6Al-4V试样相比,其数值分别提高了0.37%、13.8%、38.07%和17.14%。强化机制主要是组织转变、晶粒细化和弥散强化。随着YbB₆含量的增加,断裂方式主要为韧性断裂和脆性断裂。     

Microstructures and mechanical properties of the in situ TiB-Ti metal-matrix composites synthesized by spark plasma sintering process

In situ synthesized TiB reinforced titanium matrix composites have been synthesized by spark plasma sintering (SPS) process at 950-1250 °C, using mixtures of 15 wt% TiB₂ and 85 wt% Ti powders. The effects of the sintering temperature on densification behavior and mechanical properties of the TiB-Ti composites were investigated. The results indicated that with rising sintering temperatures, relative densities of the composites increase obviously, while the in situ TiB whiskers grow rapidly. As a result, bending strength of the TiB-Ti composites increases slowly at the combined actions of the factors referred above. Fracture toughness of the composites is improved remarkably due to the large volume fraction of Ti matrix, the crack deflection, pull-out and the micro-fracture of the needle-shaped TiB grains. The results also suggested that TiB-Ti composite sintered at 1250 °C by SPS process exhibits the highest relative density of 99.6% along with bending strength of 1161 MPa and fracture toughness of 13.5 MPa m^1/2.     

N2在等离子弧原位焊接SiCp/Al基复合材料中的作用

以0．8mm钛片作为填充材料，采用纯氩和氮氩混合等离子气体对SiCp／Al基复合材料进行等离子弧原位焊接，分析加入的N2对焊缝成形、焊缝组织和性能的影响。结果表明，随氮气体积分数增大，焊缝熔深也相应增大：增加氮气还改善了熔池中的热循环状态和冶金反应，生成TiN、AlN等新的增强相，有效地抑制脆性相的生成，改善了焊接接头的性能。力学性能实验表明，采用Ar＋N2作为离子气进行焊接时，焊缝硬度和强度都有提高。当N2体积分数约占15％时，拉伸强度达到最大值233．5MPa。     

SPS反应烧结HfB2复合材料的制备和性能

针对HfB2陶瓷材料难烧结和韧性差等问题,选择ZrC粉、Si粉和C粉为烧结助剂,借助ZrC-Si-C间的原位反应生成ZrSi2和SiC,促进HfB2陶瓷的烧结,并提高HfB2陶瓷的综合力学性能。结果表明,HfB2与烧结助剂的混合粉体经放电等离子烧结(SPS)在1600℃保温10 min和40 MPa的压力条件下制备出相对密度为96.6 1%的HfB2-ZrSi2-SiC复合材料,所制样品的硬度、抗弯强度和断裂韧性均随着烧结助剂ZrC-Si-C含量的增加呈现先上升后降低的趋势。当ZrC-Si-C添加量为10%时所制备样品的综合力学性能最好,其硬度值为26.80±1.2 GPa、抗弯强度为504±40 MPa、断裂韧性值为4.66±0.21 MPa·m1/2。     

Mechanical and wear behaviour of high-speed steels reinforced with TiCN particles

Metal matrix composites (MMCs), based on M3/2 high-speed steel (HSS) and reinforced with two different percentages of TiCN (2.5% and 5% by wt), were manufactured following a conventional powder metallurgy (P/M) route: mixing, compacting and sintering. The carbide and base material powders were dry mixed and uniaxially compacted at 700 MPa. After this, vacuum sintering was carried out at 1275 °C, determined as optimal sintering temperature in a previous sinterability study. Sintered materials were characterised by measuring hardness, transverse rupture strength (TRS) and wear behaviour. The study is completed with a microstructural analysis by scanning electron microscopy (SEM) along with energy dispersive X-ray analysis (EDXA).     

Effect of Ti-Al on microstructures and mechanical properties of plasma arc in-situ welded joint of SiCp/Al MMCs

The effect of Ti-Al on microstructures and mechanical properties of SiCp/Al MMC joints produced by plasma arc in-situ weld-alloying was investigated, in which argon-nitrogen mixture was used as plasma gases and Ti-Al alloy as filling composite. The results show that the formation of needle-like harmful phase Al4C3 is effectively prevented in the weld by in-situ weld-alloying/plasma arc welding with Ti-Al alloy sheet filler whose titanium content is more than 20%. The fluidity of molten pool is improved, and stable molten pool is gained for the addition of the Ti-Al alloy. The mechanical properties of welded joint are effectively enhanced by the compact-grain structure and the new reinforced composites such as Al3Ti, TiN, AlN and TiC welded joint. The test results of mechanical property show that the maximum tensile strength of welded joint gained by adding Ti-60Al alloy is up to 235 MPa. The factors influencing the tensile strength were also investigated.