真空实型铸渗法制备自生TiC颗粒增强钢基表面复合材料的组织研究

为了优化自生TiC颗粒增强表面复合材料的工艺参数,利用真空实型铸渗(V-EPC)方法制备了自生TiC颗粒增强钢基表面复合材料,重点研究了Ti-C和Ti-C-Fe两种自蔓延反应体系的复合材料组织.结果表明,两种体系制备的复合材料复合层均由TiC颗粒和α-Fe组成;Ti-C体系在铸渗的作用下能形成复合层,其厚度为2.9mm,小于预制块的厚度(4mm);Ti-C-Fe体系所获得的复合层厚度与预制块厚度相近.从过渡层到复合层表面,两种体系复合层中颗粒都呈逐渐长大的趋势,Ti-C体系比Ti-C-Fe体系长大的趋势更明显,生成的颗粒也更粗大.     

V-EPC铸渗制备自生TiC颗粒增强钢基表面复合材料

为了优化自生TiC颗粒增强表面复合材料的工艺参数,利用真空实型铸渗方法制备了自生TiC颗粒增强钢基表面复合材料,重点研究了预制块钢粉含量对制备复合材料的表面形貌、过渡层组织、复合层组织及复合过程的影响规律。结果表明,随着预制块中钢粉含量的增加,得到的复合材料复合层的表面质量先提高后下降,复合层中TiC颗粒的分布趋于不均匀。自生TiC颗粒增强钢基表面复合材料的形成是钢液渗透和自蔓延反应两者共同作用的结果。     

TiC颗粒增强钢基表面复合材料的制备

采用Ti—C-Al-Ni系SHS熔铸制备Tic颗粒增强钢基表面复合材料，研究了其组织和耐磨性。结果表明：用SHS熔铸法制备的钢基表面复合材料强化相和基体结合良好；表层TiC颗粒分布密集，颗粒均匀圆整，粒度为1～2μm；表面硬度HV高达950，且硬度由表层向基体呈梯度分布；磨损时密集的高硬度的细小圆球状TiC颗粒大大降低了磨损率；耐磨性比基体提高5．6倍。     

灰口铸铁表面TiC致密颗粒层的微观组织与原位形成机理分析

利用钛板复合+原位反应工艺制备了TiC致密颗粒层增强灰口铸铁基表面复合材料,对复合材料的微观组织和TiC致密颗粒层形成机理进行了分析研究. 结果表明,钛板中的钛原子和石墨片中溶解析出的碳原子扩散到冶金结合面形成了TiC,新生成的TiC通过再扩散可以在灰口铸铁表面原位生成一层致密的TiC颗粒层. 对其微观组织观察发现,颗粒尺寸在1～10 μm之间,颗粒形貌呈球状和条状,且颗粒尺寸细小,分布均匀,结构致密. TiC致密颗粒层的形成过程被认为是“扩散-原位反应-扩散”的过程.     

SHS+V-EPC制备TiB_2/TiC双相颗粒增强钢基表面复合材料

研究了将钢液真空消失模铸造V-EPC与高温自蔓延SHS反应生成增强颗粒相结合制备TiB_2/TiC双相颗粒增强45钢基表面复合材料的工艺方法以及影响因素:SHS反应冷却剂-Ti-Fe粉的加人量、试样相对厚度δ和正火处理等对表面复合材料的冶金质量和显微组织的影响。实验结果表明:复合材料由表面复合层,中间过渡层和下部45钢基体层组成。表面复合层的基体上分布着大量细小的TiB_2+TiC双相颗粒。随着钛铁粉加入量的增大,表面复合层的出现从无到有,增强颗粒在表面复合层中的浓度变化呈现出由低到高再到低的峰值曲线特性;随着试样相对厚度δ的增大,组织中的铸造缺陷逐渐减少,冶金质量逐渐提高,增强颗粒分布的均匀性逐步改善,团聚现象逐渐减轻。     

铸钢表面耐热复合涂层的制备

采用铸造反应合成技术制备出TiC/Ni3Al表面复合涂层材料,研究了涂层的物相、组织和界面形态,测试了涂层的硬度和耐磨性。结果表明：Ti-C-3Ni-Al体系反应完全,产物为TiC和Ni3Al。表面复合涂层中直径为1～3μm的TiC颗粒呈球形镶嵌在Ni3Al基体上,随着TiC含量的提高,颗粒尺寸略有长大、分布更均匀、涂层更致密,且涂层与钢基体界面为良好的冶金结合,随TiC含量的变化而界面呈现出不同的形貌,在TiC含量〈45%时,涂层为一整体,从涂层到界面处Ni、Al、Ti、Fe元素呈梯度变化;在TiC含量≥45%时,涂层出现了分层现象。随着涂层中TiC含量的增高,材料的硬度和耐磨性提高,表面复合涂层的硬度和耐磨性均明显高于钢基体。     

原位自生钢基复合材料耐磨性能的研究

用铸造的方法制备了原位自生复合碳化物[(Ti,W,Cr,V,Nb)C]增强钢基复合材料,并对该复合材料的磨粒磨损性能及磨损机理进行了研究。结果表明,采用该方法制备的钢基自生复合材料中,自生碳化物颗粒细小、圆整、且分布均匀,碳化物颗粒增强相体积分数达到42.8%;原位自生钢基复合材料的耐磨性能优良。在磨粒磨损条件下,其磨损机制主要是显微切削、颗粒脱落和脆性剥落;稀土和合金元素能够提高原位自生钢基复合材料的耐磨性能。     

V-EPC法制备SiC颗粒增强铸铁基表面复合材料

以HT15.为基体,采用消失模铸渗工艺(V-EPC)制备出了不同粒径尺寸的Sic顺粒增强铸铁基表面复合材料.结果表明,sic粒子尺寸为560 pm时,制备的铸铁基复合材料表面复合良好,且表面平整,sic粒子分布均匀,复合层厚度为3 mm左右.随着sic粒子尺寸的减小,sic粒子的铸渗效果明显变差,到180 1μm时,已无法得到复合层.     

激光熔覆原位自生TiC颗粒增强Ni基复合涂层的组织与性能

采用激光熔覆技术在H13钢表面制备出原位自生TiC颗粒增强Ni基复合涂层,利用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪对熔覆层组织、成分和物相进行了分析,并测试了熔覆层显微硬度和耐磨性能.结果表明,激光熔覆层与基体呈良好的冶金结合,涂层中无裂纹、气孔等缺陷.涂层组织由γ-Ni、Cr7C3和TiC等相组成,原位自生TiC颗粒多呈菱形,尺寸在1～3μm之间,涂层显微硬度(800～1000 HV0.2)明显高于基体的显微硬度(300 HV0.2).激光熔覆层中存在颗粒强化和细晶强化等多种强化作用,显著提高了H13钢的耐磨性能.     

氩弧熔敷原位自生TiC_p/Ni60A金属基复合材料涂层的组织与性能

以Ni60A、Ti粉和C粉为原料,采用氩弧熔敷技术,在45钢表面原位合成了TiC增强Ni基复合材料涂层.借助扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计对复合涂层的组织和性能进行了分析.结果表明,熔敷层与基体呈冶金结合,无裂纹、无气孔等缺陷;熔敷层的组织由γ-Ni、M23C6、TiC组成,TiC大部分旱块状,颗粒尺寸为1～1.5μm,均弥散分布于熔敷层中.     

立方氮化硼用量及粒度对其同钛铝碳结合剂的反应程度的影响

为研究CBN用量对Ti₃AlC₂结合剂CBN复合材料的影响,使用不同质量配比的Ti3AlC2粉体和CBN粉体通过放电等离子体烧结的方式制备试样,并对比其物相组成和显微形貌。结果表明:当CBN质量分数为10%时,试样的主相为Ti₃AlC₂、CBN和TiC;当CBN质量分数为20%~40%时,生成了TiC、TiN、AlN、TiB₂等物相。另一方面,当CBN质量分数为10%和20%时,CBN表面会形成厚约10 μm的过渡层;当CBN质量分数为30%和40%时,CBN与基体间没有过渡层。若选用粒度尺寸为10 μm的CBN（质量分数为10%）进行烧结,则复合材料中出现许多气孔,基体主相为TiC等轴晶粒且在CBN表面形成厚度1~2 μm的过渡层。CBN质量分数越大或粒度尺寸越小,其同Ti₃AlC₂的反应越充分、过渡层越薄。      

多孔TiC/NiAl复合材料的孔洞形貌及抗压强度

通过控制Ti、C、Ni、Al粉末之间的反应,利用自蔓延技术原位合成多孔TiC/NiAl复合材料,研究Ti-C(摩尔比1∶1)含量对多孔材料孔洞形貌和抗压强度的影响。结果表明:多孔材料孔洞形貌主要受反应物吸附气体挥发和液相流动的影响,Ti-C含量增加,孔隙率和孔径增大。当Ti-C含量为0～25%时,孔洞分布均匀,形貌以近球形为主,孔径大小在20～70 μm之间;多孔材料抗压强度随Ti-C含量增加逐渐增大。当Ti-C含量为30%时,除近球形孔洞外,还出现了一些尺寸大于100 μm的形状不规则孔洞和狭长形孔洞,抗压强度下降。     

Microstructural characterization of in situ TiC/Al and TiC/Al–20Si–5Fe–3Cu–1Mg composites prepared by spray deposition

An innovative spray-deposition technique has been applied to produce in situ TiC/Al and TiC/Al–20Si–5Fe–3Cu–1Mg composites. This technique provides a new route to solve the problems of losses and agglomeration of the reinforcement particles when they are injected into the spray cone of molten droplets during spray forming process. Experimental results have shown that the presence of needle-like Al₃Ti and Al–Si–Fe compounds, which are detrimental not only to the fracture toughness, but also to the stability of the microstructure, can be eliminated completely from the final product by using a proper Ti:C molar ratio of 1:1.3 in the Ti–C–Al preforms and adding 5 wt% TiC particles to Al–20Si–5Fe–3Cu–1Mg alloy. Moreover, another major problem of coarsening of silicon particles usually encountered in the hypereutectic Al–Si alloys has also been solved by the technique. The silicon particles in the spray-deposited 5 wt% TiC/Al–20Si–5Fe–3Cu–1Mg composite were much refined (∼2 μm) compared to those (∼5 μm) obtained in the matrix alloy without TiC addition. The formation and elimination mechanisms of Al₃Ti phase in TiC/Al composites can be explained based on thermodynamic theory. The modification of the microstructures in the spray-deposited Al–20Si–5Fe–3Cu–1Mg alloy can be interpreted in the light of the knowledge of atomic diffusion. The experimental results also showed that the ultimate tensile strength of the TiC/Al composites was improved over that of the unreinforced Al matrix.     

TiC颗粒强化Ti-30Fe复合材料的摩擦行为

将Ti、Fe和TiC粉末进行低温球磨,并结合放电等离子烧结制备Ti-Fe-xTiC(x=0,3,6,9,质量分数％)复合材料.结果表明:该复合材料中含有β-Ti、β-Ti-Fe、η-Ti4Fe2O0.4以及TiC颗粒.显微组织随着TiC添加量的增加而显著细化.粘着磨损是Ti-Fe-xTiC复合材料的主要磨损机制.随着T...     

高碳钢与钛丝反应合成TiC/Fe复合材料的组织及耐磨性研究

用钛丝作为增强相加人到高碳钢基体中,通过铸造与热处理的工艺,获得丝状碳化钛增强复合材料.对复合材料的微观组织、摩擦磨损行为进行了系统研究.结果表明,制备得到的TiC硬质相,沿原来钛丝方向分布均匀.尺寸为1～4μm.相对于高碳钢标准试样.该复合材料的耐磨性有了,明显的改善.     

铝热剂反应燃烧合成Al2O3—TiC陶瓷的径向显微组织变化

研究了压坯直径对燃烧合成Al2O3－TiC陶瓷的燃烧速度和温度的影响以及圆柱试样的径向微观组织变化。燃烧合成的圆柱试样轴心区直径1．5μm～5.5μm的圆形颗粒为TiC,具有熔化特征的边长10μm～20μm的多边形为含有少量TiC的刚玉;在二分之一半径处,TiC颗粒和刚玉块的尺寸分别减小为0．1μm～3μm和5μm～15μm;但在靠近合成试样圆周及其圆柱表面,刚玉变成为了晶须,TiC则是0．1μm－0．5μm的微小颗粒组成的团聚体。这是因为试样在燃烧合成过程中沿周向和径向均有热量传递,燃烧过程中径向不同位置温度的显著变化导致了微观组织的变化。     

C/SiC复合材料微孔的电镀金刚石钻头钻削加工

用金刚石基本颗粒尺寸分别为20～30,36～54和63～75μm,直径在0.280～0.440 mm范围的6种电镀金刚石钻头,钻削三维针刺毡基C/SiC复合材料微孔,测试6种钻头的最佳加工工艺参数,分析工艺参数及金刚石基本颗粒尺寸、钻头直径等对微孔加工质量、加工效率的影响。结果表明：在相同钻削速度条件下,进给速度越低时,加工的微孔质量越好;钻头电镀的金刚石磨粒基本颗粒尺寸越大,其钻削效率越高;在6种钻头中,直径为0.300 mm的基体上电镀63～75μm的磨粒,直径为0.200 mm的基体上电镀36～54μm的磨粒,能够获得更优的钻孔性能。     

TiC硬质相增强高碳钢复合材料的研究

用钛丝作为增强相的原材料,利用钛丝与高碳钢中碳原子原位反应,制备性能良好的碳化钛-高碳钢复合材料。对TiC/Fe基复合材料的微观组织以及硬度进行了的研究;结果表明:得到了TiC硬质相,沿原来钛丝方向分布均匀,硬质相颗粒有大、小颗粒状和长条状,尺寸范围在2～14μm。与高碳钢试样对比,在载荷为20N条件下,复合材料的耐磨性提高5.28倍。     

熔铸-原位合成TiC/7075Al复合材料的微观组织和凝固机制

采用熔铸-原位合成法制备了TiC/7075Al复合材料并对其微观组织和凝固机制进行了研究。原位合成复合材料中的TiC颗粒以近球形为主,平均尺寸小于700 nm。随着TiC颗粒含量的增加,复合材料的晶粒尺寸明显减小,当TiC颗粒含量为8wt%时,基体晶粒尺寸可以减小至10μm左右。熔体反应过程中,随着TiC增强相颗粒含量的增加,凝固前沿的流体的粘度增加,降低了TiC颗粒的临界裹入速度,同样在反应时降低温度将增加熔体的粘度,有利于TiC颗粒的裹入。     

GCr15表面TiC/Fe复合层的制备及其与基体结合性能分析

研究以GCr15和TC4为原料,采用热压扩散原位反应在GCr15表面制备TiC/Fe复合层. 利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、自动划痕仪和显微硬度仪测试表征复合层的物相组成、显微组织、复合层的界面结合性能和显微硬度的变化. 结果表明,在1000 ℃和40 MPa条件下保温2 h,4 h和6 h后,TiC/Fe复合层厚度分别为5 μm,7 μm和10 μm,复合层厚度均匀,与基体界面平整,其表面物相组成仅为TiC和α-Fe相,复合层的显微硬度最高达到2453.7 HV0.05,约为轴承钢基体的5倍. 显微划痕与拉伸试验可知1000 ℃和40 MPa条件下保温4 h所得复合层与基体界面结合的临界载荷为58.5 N,界面结合强度大于221 MPa,表明热压扩散原位制备GCr15表面TiC/Fe复合层与基体之间具有优异的结合性能,对基体保护作用良好.