TiC-Al金属陶瓷自蔓延高温合成中的显微组织转变

用燃烧波淬熄法研究了TiC-Al金属陶瓷自蔓延高温合成中显微组织的转变,淬熄试样中保留了未反应区、反应区及反应完成区.用扫描电子显微镜观察了燃烧反应中的显微组织转变过程,用能谱仪分析了各微区的成分变化,测量了燃烧温度和燃烧波蔓延速度,并用XRD分析了反应产物相的组成.结果表明,Ti-C-Al系燃烧反应起始于铝粉熔化后与固态钛粉反应生成Al3Ti,并随着反应温度的升高,TiC颗粒从溶有钛和碳的铝熔体中析出;当Al3Ti熔化后,从熔体中也析出TiC颗粒,最终产物组织中除大量的TiC颗粒分布于铝基体中外,还发现有少量的Al3Ti存在,可能与使用的钛粉和铝粉的原料颗粒较粗有关.     

自蔓延高温合成碳化铬金属陶瓷熔覆层

利用自蔓延高温合成（ＳＨＳ）熔铸技术，将碳化铬的高温熔体铺展在平面样品的钢表面上，从而形成厚度为几毫米的熔覆层。为克服碳化铬与底材的润湿问题，采用与Ｆｅ有良好互溶性的Ｃｒ作为润湿功能层，在此基础上，使Ｃｒ－Ｃ合金层中的碳作阶梯改变，从而获得了梯度熔覆层结构。来用Ｎ２加压（＜２０ＭＰａ）和预热工艺（≤３００℃）等措施，控制反应燃烧温度，改善熔体流动性，增大熔渣分离速度，有利于提高熔覆层表面平滑程度。研究认为，良好的结合强度来源于界面间强烈的冶金作用以及梯度成分分布。     

Ti2AlC可加工陶瓷自蔓延高温合成中的显微组织演变

在研究Ti,C,A1摩尔比为2:1:1的混合粉末自蔓延高温合成Ti2A1C过程中的组织演变中,将在试样中蔓延的燃烧波强制淬熄.用扫描电镜观察了淬熄试样中的显微组织演变,测定了其燃烧温度,并用X射线衍射检测了燃烧合成产物的相组成.结果表明:合成反应以Al的熔化为先导;反应过程可用溶解-析出-熔化结晶机制描述;该反应具有不完全性,可能是由于实验中使用了较粗的钛粉和铝粉所致.     

Ni3Al金属间化合物自蔓延高温合成中的显微组织演变

为了研究用Ni粉和Al粉自蔓延高温合成(SHS)Ni3Al过程中的显微组织演变,用燃烧波淬熄法使蔓延的燃烧波自行熄灭,用扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)观察和分析了淬熄试样中的显微组织,测试了燃烧温度,并用X射线衍射(XRD)分析了合成产物的相组成.结果表明,合成反应开始于Al的熔化,从而使Ni粉粒开始部分溶解,Ni与Al原子间的互扩散导致Ni3Al反应扩散层在未溶解的Ni粉粒表面形成并逐渐增厚.该反应具有不完全性,可能是实验中使用了较粗的Ni粉和Al粉的缘故.     

TiC-Ti复合材料自蔓延高温合成中的组织转变

用燃烧波淬熄法研究了TiC-Ti金属陶瓷自蔓延高温合成（SHS法）中的组织转变和反应机理。淬熄试样中保留了未反应区、反应区及已反应区。用扫描电子显微镜观察了燃烧反应中的显微组织转变过程，用能谱仪分析了各微区的成分变化，测量了燃烧温度Tc，并用XRD分析了反应产物的相组成。实验结果表明：TiC-Ti复合材料的自蔓延高温合成机理可以用溶解-析出机制来描述：Ti首先部分熔化，C溶解在Ti液中，并和Ti发生反应生成TiCx，随着温度的升高，TiCx熔化，形成Ti-C熔体，在降温过程中，细小的TiC大量从Ti-C熔体中析出并聚集，最终形成TiC增强Ti基复合材料。     

自蔓延高温合成TiC-Ni金属陶瓷的热力学编程计算与分析

根据热力学原理对Ti、C、Ni三元体系进行热力学编程计算,绘出了标准反应自由焓随温度变化的曲线、绝热温度随Ni含量变化的曲线以及绝热温度随预热温度变化的曲线,通过对曲线进行分析认为：Ti、C、Ni三元体系的主反应是Ti C=TiC;体系的绝热温度随Ni含量的增加而下降,当预热温度为600K时,最佳的理论Ni含量约40％;体系的绝热温度随预热温度的升高而升高,当Ni含量过大,体系的绝热温度小于1800K时,可以适当提高预热温度,来确保反应的自发进行。     

自蔓延高温合成(SHS)技术发展和应用

详细地叙述了自蔓延高温合成（ＳＨＳ）技术的基本原理,特点及国内外发展情况,并对ＳＨＳ工艺在工业领域中应用的情况进行了介绍。     

自蔓延高温合成焊接

自蔓延高温合成是一种合成材料的新技术,而且蔓延高温合成焊接则是该工艺焊接则是谝工艺的一个新的应用领域,可以广泛地用来焊接结构和性能相同或是的材料。由于自蔓延高温合成技术的特点,使得这种焊接技术也具有与其它常规焊接技术河比拟的优点。本文从没方面简略地介绍了这种工艺的特点和应用范围。     

TiB2金属陶瓷与TiAl的自蔓延高温合成连接

自蔓延高温合成(SHS)技术是一项近年来迅速兴起并广泛应用于多种领域的新技术，文中采用SHS技术对TiB2金属陶瓷与TiAl进行了连接试验并对SHS连接接头的界面结构进行了分析。试验表明，采用SHS方法连接TiB2金属陶瓷与TiAl时界面结构复杂，在TiAl侧界面处出现了TiAl3反应层，在中间层中出现了Ti-Al系产物的环状结构；在TiB2金属陶瓷侧界面处发现了贫Cu层的存在。     

SHS-PHIP法制备TiC-Ni(Mo)金属陶瓷

采用Ti粉、碳黑、Ni粉和Mo粉的混合物，通过自蔓延高温合成(SHS)结合准等静压(PHIP)方法制备了TiC—Ni(Mo)金属陶瓷材料。X射线衍射结果表明，材料由TiC相和Ni合金粘结相组成。扫描电镜观察，球形的TiC颗粒较均匀地分布在Ni合金粘结相中,TiC颗粒尺寸约为2～4μm，在局部较大的TiC颗粒之间存在微孔缺陷。SHS—PHIP法制备的TiC—Ni(Mo)金属陶瓷材料具有良好的致密性和优良的力学性能。     

TiC—Ni金属陶瓷触变成形的力学模型研究

为研究TiC-Ni金属陶瓷的高温变形规律,利用Gleeble-2000热模拟实验机研究了TiC-Ni金属陶瓷的触变力学行为.通过回归分析建立了TiC-Ni、在950、1000和1050℃时的粘塑性本构关系模型,并对回归方程进行了数理统计检验,检验指标在95%置信区间内可以被接受.     

基于BP神经网络的金属陶瓷TiC-Ni触变成形本构关系模型

利用Gleeble-2000动态材料热模拟机,对TiC-Ni自蔓延燃烧后的试样进行压缩试验,获得了不同变形温度、不同应变速率和不同真应变下的流动应力数据.结合实验数据和神经网络知识,建立了具有BP算法的人工神经网络,训练结束后的神经网络即成为TiC-Ni金属陶瓷的一个知识基的本构关系模型.误差分析表明,该神经网络本构关系模型具有较高的精度,可为TiC-Ni金属陶瓷反应热压工艺的制定及其热压过程的有限元模拟提供参考.     

Electron microscopy structure study of laser-clad TiC-Ni particle-reinforced coating

The microstructure of a laser-clad TiC-Ni particle-reinforced coating on 1045 steel was studied by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and ion microprobe mass spectroscopy (IMMS). The microstructural constituents of the clad layers (CLs) were analyzed to be TiC particles, γ-Ni primary dendrites, and interdendritic eutectics of γ _e -Ni plus M₂₃(CB)₆ and M₆(CB) carboborides. Three growth mechanisms of the original TiC particles were found: (1) stepped lateral growth at the edges, (2) radiated and cylindrically coupled growth at the edges, and (3) bridging growth of the clustered particles. Ordered and modulated structures were found in the original TiC particles. In addition to the original TiC particles, fine TiC particles precipitated from the liquid phase and γ-Ni solid solution during laser cladding. The microstructures of the bonding zones (BZs) were intimately associated with laser processing parameters. The BZs of the clad coatings can be categorized into three types according to the combination of the CL with heat-affected zone (HAZ): (1) straight interface combination, (2) zigzag connection, and (3) combination by partial melting of prior austenitic grain boundaries of the substrate. The straight interface BZ consists of the γ-Ni solid solution only, but in the other two types of combinations, the BZs consist of γ-Ni primary dendrites, γ-(Fe, Ni)/M₂₃(C, B)₆ eutectics, and martensite of the substrate. The microstructural evolution of the CLs was discussed. The formation and phase transformation models of the BZs were proposed.     

中间层成分对TiAl/TiB2金属陶瓷SHS连接的影响

采用自蔓延高温合成(SHS)连接技术对TiB2金属陶瓷与TiAl进行连接试验,并研究工艺参数对SHS连接接头界面结构的影响.结果表明,不同成分的中间层发生SHS反应的放热量不同,从而会导致连接界面处的界面结构发生明显的变化.TiAl侧界面处出现的TiAl3反应层厚度与TiB2金属陶瓷侧出现的贫Cu层的厚度均随放热量的增加而明显增加,中间层环状结构的层数及尺寸也发生相应的变化.     

Microstructural evolution during high-temperature oxidation of Ti2AlC ceramics

Microstructural development during high-temperature oxidation of Ti₂AlC below 1300 °C involves gradual formation of an outer discontinuous TiO₂ layer and an inner dense and continuous α-Al₂O₃ layer. After heating at 1400 °C, an outer layer of mixed TiO₂ and Al₂TiO₅ phases and a cracked α-Al₂O₃ inner layer were formed. After heating to 1200 °C and cooling to room temperature, two types of planar defect were identified in surface TiO₂ grains: twins with (2 0 0) twin planes, and stacking faults bounded by partial dislocations. Formation of planar defects released the thermal stresses that had generated in TiO₂ grains due to thermal expansion mismatch of the phases (TiO₂, α-Al₂O₃ and Al₂TiO₅) in the oxide scale. After heating to 1400 °C and cooling to room temperature, crack propagation in TiO₂ grains resulted from the thermal expansion mismatch of the phases in the oxide scale, the high anisotropy of thermal expansion in Al₂TiO₅ and the volume changes associated with the reactions during Ti₂AlC oxidation. An atomistic oxidation mechanism is proposed, in which the growth of oxide scale is caused by inward diffusion of O^2? and outward diffusion of Al³⁺ and Ti⁴⁺. The weakly bound Al leaves the Al atom plane in the layered structure of Ti₂AlC, and diffuses outward to form a protective inner α-Al₂O₃ layer between 1100 and 1300 °C. However, the α-Al₂O₃ layer becomes cracked at 1400 °C, providing channels for rapid ingress of oxygen to the body, leading to severe oxidation.     

Phase-field modelling of self-propagating high-temperature synthesis of NiAl

A phase-field model is developed and used to simulate high-temperature synthesis of intermetallic compounds. The model is based on a thermodynamic formulation, which incorporates the formation of chemically ordered phases and the associated heat generation. In contrast to previous approaches to modelling of high-temperature synthesis of intermetallics, the present model can be used to analyse the kinetics of the process at the microstructure level. The model takes general thermodynamic and kinetic parameters as input and gives as output a spatially resolved sequence of phase formation, from which the overall reaction kinetics can be inferred. Thus, no additional assumption has to be made on the nature of the kinetic mechanisms or on the magnitude of the overall reaction rate. Beside prediction of the microstructure, the model captures the key thermal characteristics of the combustion synthesis in both modes of thermal explosion and self-propagation. The results of simulations, as applied to the case of intermetallic formation in a simplified Ni–Al system, are shown to be consistent with the existing experimental data.     

采用自蔓延高温合成技术连接TiAl合金

采用自蔓延高温合成技术实现了TiAl合金的连接。在连接过程中采用了具有很高放热量的Ti-Al-C中间层以及外加电磁场辅助连接。连接接头包括3个典型的反应区域,靠近TiAl母材界面处发现了深灰色的TiAl,反应层,在中间层内观察到了TiC颗粒以及Ti-Al系化合物。直接连接时由于产物和反应物之间的比热差,杂质的气化和孔隙中束缚气体的释放而导致孔隙无法避免。为了提高致密度,在粉末压坯和TiAl母材之间添加了Ag-Cu钎料箔。在SHS反应过程中熔化的钎料改善了中间层对TiAl母材的润湿同时填充到了中间层反应产物的孔隙中,采用这种方法能够提高反应产物的致密度和连接质量。     

Ignition time of self-propagating high-temperature synthesis by laser

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＳＨＳ ,ｔｈｅｓｅｌｆ ｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｙｎ ｔｈｅｓｉｓ,ｗａｓｆｉｒｓｔｄｉｓｃｏｖｅｒｅｄｂｙＭｅｒｚｈａｎｏｖａｎｄＢｏｒｏｖｉｎｓｋａｙａｗｈｅｎｔｈｅｙｓｔｕｄｉｅｄｓｏｌｉｄｆｕ