Ti(C,N)基金属陶瓷的研究进展：新型粘结相

Ti(C,N)基金属陶瓷是由金属粘结相和陶瓷硬质相组成的复合材料，具有出色的硬度和韧性组合，在高速切削、表面精加工和耐磨部件等领域广泛应用。使用新型粘结相(金属间化合物、高熵合金、Fe基合金、Ni基合金)来代替传统的Ni、Co、Fe及其复合粘结相时，Ti(C,N)基金属陶瓷的力学性能、耐磨性能、耐腐蚀性能和高温抗氧化性能等均有改善，其使用寿命得以延长。本文综述了国内外采用不同新型粘结相制备的Ti(C,N)基金属陶瓷的显微组织、力学性能、耐磨性能、耐腐蚀性能及抗氧化性能等方面的研究进展，总结了新型粘结相提高金属陶瓷性能的机理，并在此基础上展望了Ti(C,N)基金属陶瓷新型粘结相的未来研究发展方向。     

Ni-Al系、Fe-Al系和Ti_3Al金属间化合物研究进展

简要介绍了金属间化合物的熔炼与铸造工艺。论述了Ni Al系 (包括NiAl和Ni3 Al)、Fe Al系 (包括Fe3 Al和FeAl)及Ti3 Al基金属间化合物高温结构材料的研究现状和发展动态 ,分析了上述合金存在的问题及解决办法 ,介绍了它们在不同领域的潜在应用。     

层叠Ni/Ti热扩散形成金属间化合物的规律

选择Ni和Ti粉末及其机械合金化粉末制备Ni/Ti扩散偶,利用扫描电镜和X射线衍射等手段研究了Ni/Ti扩散偶在固相热处理作用下金属间化合物的形成及生长规律.随着热处理温度的提高,Ni3Ti,Ti2Ni和NiTi金属间化合物的数量增加明显;随热处理保温时间的增加,NiTi金属间化合物呈抛物线规律生长,而对Ni3Ti和Ti2Ni的生长影响不大.结果表明,金属间化合物在形成过程中,Ni3Ti和Ti2Ni优先形成,达到一定厚度后,NiTi金属间化合物开始形成并快速增长.     

冷喷涂制备纳米结构FeAl金属间化合物涂层

利用机械合金化制备纳米结构FeAl固溶体合金粉末,采用冷喷涂沉积Fe(Al)固溶体合金涂层并结合后热处理原位反应制备了纳米结构FeAl金属间化合物涂层。通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)等研究了机械合金化Fe(Al)固溶体合金粉末、喷涂态Fe(Al)合金及热处理后FeAl金属间化合物涂层的组织结构特征。结果表明,球磨Fe(Al)合金粉末具有精细的层状结构,喷涂态Fe(Al)合金涂层具有不同于传统热喷涂涂层的独特层状结构,保留了与原始粉末类似的纳米结构;在500℃热处理后涂层中Fe(Al)固溶体转变为FeAl金属间化合物,其晶粒尺寸约为30 nm。     

陶瓷基金属间化合物复合材料的研究进展

介绍了近年来国内外研究陶瓷基金属间化合物复合材料的进展情况。总结归纳了Ni3Al、FeAl和Fe3Al金属间化合物增强陶瓷基复合材料的性能特点,这些复合材料在抗酸腐蚀、耐磨性、高温强度等方面较普通WC/Co复合材料有明显的优势。并重点介绍了以液相烧结、无压熔渗、机械合金化和热压等方法制备陶瓷基金属间化合物复合材料的工艺特点。对于陶瓷基金属间化合物复合材料而言,在选择良好基体的基础上,更重要的是选择合适的金属间化合物增强相。     

高温结构金属间化合物及其强韧化机理

综述了自1988年以来中国科学院高温合金和金属间化合物研究组(郭建亭研究组)在高温结构金属间化合物NiAl及其合金、Ni3Al及其合金、FeAl和Fe3Al及其合金、TiAl合金以及金属间化合物环境脆性方面的主要研究成果:NiAl合金超塑性的发现及其机理研究;稀土元素改善NiAl合金的室温塑性和高温抗氧化性能;NiAl合金的韧脆转变行为及其机理;纳米晶NiAl合金及其复合材料的强韧化;内生颗粒增强NiAl基复合材料及强韧化机制;NiAl合金良好的耐高温摩擦磨损性能及自润滑机理的发现;NiAl中合金元素的作用与JJ-3合金的发展;在国际上首先发现适量Zr可韧化无硼Ni3Al合金;为使Ni3Al强韧化硼含量应加至溶解度附近;FeAl合金反常屈服峰的发现及其机理研究;微量Mg可明显改善FeAl和Fe3Al合金的室温塑性;TiAl-W-Si合金的组织、相转变和界面精细结构;金属间化合物的环境脆性实质是氢致脆性;在国际上首先用第一原理方法(DVM)研究了L12型CO3Ti的环境脆性.     

机械合金化过程中Fe50Al50二元系的结构演变

利用高能球磨和后续热处理技术制备纳米晶Fe50Al50(摩尔分数,%)合金粉体.采用X射线衍射、透射电镜和扫描电镜对元素混合粉在机械合金化过程中的结构演变及热处理对合金化粉体结构的影响等进行分析,讨论其机械合金化合成机制.结果表明:球磨过程中Al向Fe中扩散,形成Fe(Al)固溶体.机械合金化合成Fe(Al)遵循连续扩散混合机制;球磨30 h后,粉体主要由纳米晶Fe(Al)构成,晶粒尺寸5.65 nm;热处理导致Fe(Al)纳米晶粉体有序度提高,转变为有序的B2型FeAl金属间化合物,粉体的晶粒尺寸增大,但仍在纳米尺度范围.     

Laves相金属间铬化物的制备研究进展

拓扑密排结构的金属间化合物是潜在的高温结构材料,Laves相金属间化合物是其中最大的一类。而Laves相金属间铬化物Cr2X(X为Ti、Nb、Ta、Zr、Hf等)近年来成为高温结构材料研究中的一个热点,因为这些化合物具有较高的熔点、较低的密度和比较好的抗氧化性。有多种方法可以制备Laves相金属间铬化物。对目前Laves相铬化物的各种制备工艺技术现状及研究进展进行了综述,重点介绍了国内外制备Laves相金属间铬化物的熔铸法、定向凝固、机械合金化(MA)、机械合金化 热固相反应、机械合金化 热压法及铸锭冶金等有效技术,并评述了这些制备工艺的优缺点,指出了研究中存在的问题和今后的发展方向。     

(Ti,W)C固溶体基金属陶瓷的研究进展

本文概括了(Ti,W)C固溶体基金属陶瓷的性能及优势,分析了(Ti,W)C固溶体粉末的制备方法如碳热还原法、燃烧合成法(自蔓延高温合成法)、机械合金化和机械诱发自蔓延反应;讨论了已经应用的(Ti,W)C基金属陶瓷的烧结方法如真空烧结,自蔓延高温合成,高频诱导加热合成和放电等离子体烧结等方法,并指出有可能应用的其它烧结方法如微波烧结、选择性激光烧结、二阶段烧结、等离子体活化烧结等方法;系统地综述了不同成分粘结剂(Ni、Co/Ni、Fe、Fe Al、NiAl_3)、第二类碳化物(Mo_2C、WC)和组元含量(C、Mo、W、W与Ti的量之比)以及粉末状态(纳米粉末或固溶体形状)对(Ti,W)C基金属陶瓷组织和性能的影响,最后对(Ti,W)C基金属陶瓷未来的研究进行了展望。     

纳米晶NiAl的机械合金化合成机理研究

采用机械合金化方法,以元素粉末为原料,对四种成分的NixA1100-x(x=25,30,40.50)进行不同球磨时间和球磨转速的机械合金化合成,制备纳米晶NiA1金属间化合物粉末.利用X射线衍射技术对球磨产物进行了物相分析,并对NiA1机械合金化合成机理进行了探讨.研究表明:NixAl100-x四种成分的元素粉末采用机械合金化方法均可以制备出纳米晶NiA1金属间化合物粉末;NiA1金属间化合物的机械合金化合成机理为燃烧合成反应.     

Nb-Al系金属间化合物及其复合材料研究进展

综述了Nb-Al系金属间化合物作为高温结构材料的最新研究进展和发展趋势。对目前国内外Nb-Al系金属间化合物及其复合材料的制备工艺、组织结构控制和力学性能的研究现状进行评述。结果表明:通过延性相增韧、合金化、层状结构设计、复合材料设计等方法,可以显著改善Nb-Al金属间化合物的室温脆性、抗氧化能力、高温强度及抗蠕变性能。Nb-Al系金属间化合物的研究方向应集中发展以Nb3Al及NbAl3金属间化合物为基体,以SiC、Al2O3及TiC等陶瓷相为增强相强化的陶瓷-铌基合金复合材料。     

Using Amorphous Phases in the Design of Structural Alloys

The recent discovery that amorphous alloy powders can be prepared by mechanically alloying a mixture of pure crystalline intermetallics is opening new windows to the synthesis of engineering materials. Amorphous powders synthesized by mechanical alloying may find application in the design of structural alloys, high thermal conductivity alloys, and metal-matrix composites.     

Recent developments in high temperature intermetallics research in China

A comprehensive survey was made of various advances of intermetallics research in China. The investigation focussed on the fundamental research and materials development. Charge density distribution and site occupancy of alloying elements, environmental embrittlement and chemical reaction, interface structures and phase transformation at the atomic scale, nanocrystalline intermetallics and its thermal stability, superplastic behavior and anomalous yield strength peak are reviewed. Several Ti–Al and Ni–Al based alloys have been manufactured, and show good mechanical properties. Diverse components have been fabricated successfully.     

Laves相TiCr2基金属间化合物的研究进展

Laves相铬化物以其熔点高、适当的密度和良好的高温强度成为重要的潜在高温结构材料。对Laves相TiCr2金属间化合物的研究进展进行了综述,重点对TiCr2的性质及其基础研究、热力学性能以及TiCr2的合金化研究现状进行了论述。     

脉冲放电等离子烧结NiAl金属间化合物的组织与性能

通过脉冲放电等离子烧结技术对经机械合金化法合成的NiAl金属间化合物粉末进行了烧结,研究了NiAl金属间化合物的微观组织和力学性能。结果表明,在较低温度下可制备接近完全致密的NiAl金属间化合物块体材料。     

Synthesis of nanocrystalline NiAl by mechanical alloying

The nanocrystalline NiAl intermetallic compound was synthesized by mechanical alloying of the elemental powders. The structural changes of powder particles during mechanical alloying were studied by X-ray diffractometery, scanning electron microscopy and microhardness measurements. The mechanical alloying resulted in the gradual formation of nanocrystalline NiAl with a grain size of 20 nm. It was found that NiAl phase develops by continuous diffusive reaction at Ni/Al layers interfaces. The NiAl compound exhibited high microhardness value of about 1035 Hv.     

纳米金属间化合物NiAl的机械合金化合成及性能

利用机械合金化和高温热压工艺制备ＮｉＡｌ纳米晶体材料,并研究了材料的微观组织和力学性能。结果表明,ＮｉＡｌ的反应生成归结于机械碰撞诱发的爆炸反应机制,采用高温热压工艺可制备接近完全致密的纳米晶ＮｉＡｌ块体材料。ＮｉＡｌ纳米晶体材料的室温强度和塑性都高于铸态ＮｉＡｌ,纳米晶ＮｉＡｌ的高温强度依赖于应变速率,变形受扩散机制控制。     

多相Nb硅化物的断裂韧度和高温力学性能

通过机械合金化和热压烧结制备了4种近理论密度的Nb-xSi-2Fe（x=3,6,10,16）原位复合材料。X射线衍射（XRD）分析表明：制备的复合材料均由铌固溶体（Nbss）相、Nb3S i相、Nb5S i3相和Nb4Fe3Si5相组成。各物相的平均晶粒尺寸为3μm,并且呈等轴状。Nb-Si-Fe复合材料随着S i含量的增加断裂韧度减小,Nb-Si-Fe室温断裂韧度大于11MPam1/2,Nbss相的塑性变形能够减小界面的应力集中延迟裂纹的形核从而改善这些复合材料的断裂韧度。Nb-Si-Fe复合材料在1 300℃时的抗拉强度随S i含量的增加而增加。复合材料在1 300℃时的抗拉强度为112~237 MPa,拉伸延伸率为54%~95%,室温断裂韧度大于11 MPam1/2。     

High-temperature stability of nano-grained B2-structured RuAl-based intermetallics by mechanical alloying

A series of nano-grained B2-structured RuAl-based intermetallics and corresponding composites are synthesized by mechanical alloying. These RuAl-based materials include stoichiometric RuAl, B2-structured ternary (Ru,Ni)Al and (Ru,Ir)Al, eutectic RuAl–Ru and particle reinforced RuAl–ZrO₂ composite. The accumulation of impurities, mainly Fe, in grain boundaries and the structural evolution during grain growth are found to be the controlling factors for the grain growth stagnation in nano-grained B2-structured binary RuAl and ternary (Ru,Ni)Al and (Ru,Ir)Al intermetallics. Ternary alloying element forming iso-structured pseudo-binary compounds, eutectic in situ and ceramic particle reinforced composites are explored to be the effective routes to enhance the stability of single-phase RuAl. The thermal stability of microstructure in various RuAl-based materials are found to decrease in a sequence from pseudo-binary RuAl–IrAl, RuAl–NiAl, eutectic RuAl–Ru composites, ceramic particle reinforced RuAl–ZrO₂ composites to binary stoichiometric RuAl.