Al2O3/Al-4.5Cu-Ce合金复合材料的界面现象

本研究采用座滴法和电子探针探讨了Al-4.5Cu-Ce合金的表面张力及其与Al₂O₃的界面润湿性、界面结构、界面结合方式和强度.得出:饰降低Al-4.5Cu合金的表面张力,提高Al₂O₃/Al-4.5Cu合金的润湿性和界面剪断应力;铈改善润湿性的机制是在界面上的吸附与富集,未发现铈与Al₂O₃的界面反应产物,界面仍属于直接结合界面.     

Al_2O_3颗粒与 Al 合金固液界面的相互作用

本文采用定向凝固技术探讨了 Al_2O_3颗粒/Al-2.0Mg-4.5Cu 合金复合材料在凝固过程中颗粒与生长着的固液界面的相互作用,得出了胞晶或胞状树枝晶生长条件下颗粒的分布规律、机制以及 Al_2O_3颗粒在试样中的分布与氢、铈之间的联系。但未发现铈对颗粒主要沿晶界分布产生显著影响。     

采用Al-Zn-Mg-Cu封接Al_2O_3陶瓷与304不锈钢工艺

以Al-Zn-Mg-Cu合金为封装材料,采用粉末冶金技术对Al_2O_3陶瓷和304不锈钢进行了封接试验,研究了烧结合金组织、接头特征点成分和物相,并探讨了烧结温度和保温时间对接头界面组织和连接强度的影响。结果表明,在烧结温度570℃,保温时间1 h条件下获得主要由α-Al和MgZn_2组成的较为致密的铝合金,304不锈钢/铝合金侧剪切强度为24 MPa、Al_2O_3陶瓷/铝合金侧剪切强度为6.4 MPa。在304不锈钢/铝合金界面处,Fe、Al元素均发生扩散,形成了不同金属间化合物的扩散层。铝合金/Al_2O_3陶瓷界面处Mg与Al_2O_3反应生成了MgAl_2O_4相,改善了铝合金和Al_2O_3陶瓷的润湿性。     

颗粒增强Al基复合材料的制备工艺及凝固过程

着重研究了颗粒增强Al基复合材料的搅拌法制备工艺及凝固过程。 通过对熔体搅拌法制备颗粒增强金属基复合材料的工艺优化进行探讨,最终用最简单的工艺过程制备出组织致密、颗粒分布均匀、界面结合良好的SiC、Al_2O_3、SiO_2颗粒增强Al-4％Mg复合材料。 SiC、Al_2O_3、SiO_2颗粒增强Al-4％Mg复合材料在等轴晶凝固条件下,颗粒被等轴晶排斥,出现颗粒推移,晶粒直径越大,颗粒分布越不均匀。在试验分析基础上,提出了颗粒推移的强烈程度由晶粒与颗粒的质量比决定的观点:同种颗粒,其直径越大,颗粒推移越不强烈;同样直径不同种类的颗粒,其密度越大,颗粒推移越不强烈。 AlO_3颗粒增强 Al-4％Mg复合材料的凝固组织中的显微缩孔是由颗粒加入导致熔体粘度增加、颗粒堵塞枝晶间的补缩流动通道以及颗粒与基体合金的热膨胀系数的差异三种因素引起的。由于气孔易在SiC颗粒表面形核,或者SiC颗粒与基体结合较弱,使得SiC颗粒增强Al-4％Mg复合材料比Al_2O_3颗粒增强Al-4％Mg复合材料易形成显微缩孔。对SiO_2颗粒增强Al-4％Mg复合材料来说,SiO_2颗粒与基体间发生了界面反应,一定量的Si溶入了基体,增大了基体的凝固潜热,从而提高了基体合金凝固时的补缩流动能力,所以SiO_2(P)/Al-4％Mg复合材料的凝固组织比同样条件下Al_2O_3(P)     

稀土对Al-Zn-M g-Cu/Al2O3陶瓷界面润湿性的影响

采用真空座滴法和熔铸法研究了在Al-Zn-Mg-Cu 合金中加入稀土(Ce、Y) 对Al2Zn2M g2Cu/Al₂O₃陶瓷界面润湿性的影响。结果表明,Al-Zn-Mg-Cu 合金中加入稀土可有效降低铝合金/Al₂O₃界面的接触角, 改善界面结合状态; 稀土改善界面润湿性存在一最佳含量范围, 添加Ce 的最佳含量约为0. 5w t% , Y 约为0. 7w t%。稀土改善润湿性的作用主要是稀土与Al₂O₃膜、Al₂O₃陶瓷发生反应。Mg、Zn、Cu 等合金元素在界面富集并参与界面反应对润湿性有利; 稀土与Mg、Zn、Cu 等合金元素适当组合改善润湿性的效果比单一稀土明显。      

一种新型钴基高温合金在900℃熔融NaCl中的热腐蚀行为

采用浸盐法研究一种新型钴基高温合金在900℃熔融NaCl中的热腐蚀行为。结果表明:腐蚀初期合金发生选择性氧化,在表面生成Al_2O_3,Cr_2O_3和少量的TiO_2。随着腐蚀时间的延长,熔融NaCl开始侵蚀表面保护性Cr_2O_3和Al_2O_3,使腐蚀性介质与基体逐渐接触,加速合金腐蚀。随着腐蚀的进行,合金内腐蚀层生成棒状Al_2O_3。由于基体中Al的消耗,棒状Al_2O_3周围易生成Co3W。Co3W与棒状Al_2O_3的相界面形成氧扩散的快速通道,导致80h后合金热腐蚀加剧。     

Nb,Ce 对 Al_2O_3-中锰钢界面的影响

本文探讨了 Nb、Ce 对 Al_2O_3-中 Mn 钢界面润湿、界面反应和结构以及对界面结合强度的影响.试验表明:加入 Nb,Ce 可以使润湿角显著下降,由不润湿转化为润湿.Nb 改善润湿性的机制是界面吸附,而不产生界面反应,界面仍属于机械或润湿结合类型;Ce 改善润湿性的机制是界面反应,其反应产物主要是CeAlO_3,属反应型界面,适当的界面反应可以使界面结合强度显著提高.     

Fe/Al2O3陶瓷梯度涂层的结合性能

以FeAl和FeAlNi两种混合粉体作为底层材料,将喷涂法和溶胶-凝胶相结合制备了Fe/Al_2O_3梯度涂层,分析了其与钢基表面的结合性能。结果表明:当烧结温度为1220℃时,两种过渡底层Fe/Al_2O_3陶瓷梯度涂层的界面结合强度分别达到21.2 MPa和25.3 MPa,涂层的物相组成分别为α-Al_2O_3、AlFeO_3、Al_2Fe_2O_6、Al_3Fe_5O_(12)和α-Al_2O_3、AlFeO_3、NiFe_2O_4等。与FeAl相比,以FeAlNi作为过渡底层制备的Fe/Al_2O_3梯度涂层材料结构致密度高、没有明显孔洞与宏观界面,且有树枝状组织生成,有利于涂层结合性能的提高。     

TiO_2对挤压铸造Al_2O_(3p)/钢基复合材料组织与力学性能的影响

在预制坯中加入TiO_2粉末,利用挤压铸造法制备Al_2O_3颗粒增强1065钢基复合材料,研究TiO_2对复合材料组织与力学性能的影响。结果表明:TiO_2使基体与Al_2O_3的结合界面形成了TiO_2、Al_2TiO_5界面层;添加TiO_2的复合材料硬度和三点弯曲强度分别为39.0HRC,743.94MPa,比未添加TiO_2的复合材料分别提高了10.0%,26.4%;断口扫描表明,添加TiO_2的复合材料界面结合良好无裂纹,Al_2O_3颗粒表现为穿晶断裂。说明加入的TiO_2改善了Al_2O_(3p)/钢基复合材料界面结合强度,提高了复合材料力学性能。     

Al_2O_3/含铈中锰钢界面CeAlO_3生长动力学

本文在理论分析和界面结构研究的基础上,在Al_2O_3/含铈中锰钢系建立了界面反应产物CeAlO_3层的生长模型,得出CeAlO_3层厚度S与时间t的关系遵循抛物线规律。实验结果与理论模型和规律相一致。     

不基于熔态润湿的Al/Al2O3直接钎焊

针对Al熔液在850℃以下不润湿Al₂O₃而难以直接钎焊的困难, 本工作研究了溅射Al对Al₂O₃的“润湿”作用, 提出了一种采用溅射Al基薄膜作为钎料直接钎焊Al₂O₃的方法。结果表明, 这种方法可以在不满足熔态Al润湿条件的680℃实现Al和Al-Cu合金对Al₂O₃的直接真空钎焊, 并且仅需0.1 Pa的真空度。所获得的Al/Al₂O₃的接头剪切强度达到115 MPa, Al-1.6at% Cu合金钎焊接头的剪切强度可提高到163 MPa, 当钎料中的Cu含量提高至14.3at%后, 钎焊接头中焊缝与陶瓷界面产生Cu的偏聚, 接头的剪切强度因界面断裂降低为127 MPa。并对这种不基于金属熔态润湿钎焊方法的原理进行了分析讨论。     

基于光催化性能的Cu-Ce/TiO_2湿性能

以Cu(NO_3)_2·3H_2O和Ce(NO_3)_3·6H_2O为改性剂,采用溶胶-凝胶法制备Cu-Ce/TiO_2。探讨Cu-Ce负载量、Cu与Ce摩尔比和煅烧温度对Cu-Ce/TiO_2性能的影响。利用SEM,LPSA,BET和UV-Vis测试Cu-Ce/TiO_2的表面形貌、粒度分布、孔结构和光学性能。结果表明:Cu-Ce负载量3%、Cu与Ce摩尔比1∶1、煅烧温度500℃时,制备的Cu-Ce/TiO_2具有良好的光催化性能与湿性能。Cu-Ce/TiO_2呈近似球体,具有较好的均匀化和分散性,其粒径分布为1202.98~5364.48nm,其中d50为2437.57nm。Cu-Ce/TiO_2具有狭小瓶颈的"墨水瓶"型孔结构,其比表面积为105.55m2/g,孔体积为0.1200~0.1246mL/g,平均孔直径为3.44~4.02nm。Cu-Ce掺杂促使Cu-Ce/TiO_2内部形成新的能级,提高捕获e-和h+的能力,增强光子的利用效率,促使吸收边带发生红移。     

碳化硅颗粒增强铝基复合材料的无压浸透反应机理探讨

为探讨SiCp/Al基复合材料无压浸渗反应机理,利用XPS鉴定了SiC预制体浸渗前沿界面上的反应产物结构.采用HRTEM研究了SiCp/Al基复合材料的界面结构.结果表明,浸渗与未浸渗部分之间的界面上存在MgO.Al2O3和ZnO诸化合物,没有发现氮的化合物.在SiC相与铝相的界面上仅存在MgAl2O4相,MgAl2O4相几乎连续地包敷在SiC颗粒上.这表明,高温下SiC与熔Al合金接触后,SiC颗粒表面上的SiO2与Al,Mg,Zn诸元素发生了放热反应,从而降低了表面张力,提高了湿润性.促进了自发浸渗.     

碳化硅颗粒增强铝基复合材料的无压浸渗反应机理探讨

为探讨SiCp/Al复合材料无压浸渗反应机理,利用XPS鉴定了SiC预制体浸渗前沿界面上的反应产物结构,采用HRTEM研究了SiCp/Al基复合材料的界面结构。结果表明,浸渗与未浸渗部分之间的界面上存在MgO,Al2O3和ZnO诸化合物,没有发现氮的化合物,在SiC相与铝相的界面上仅存在MgAl2O4相,MgAl2O4相几乎连续地包敷在SiC颗粒上,这表明,高温下SiC与熔Al合金接触后,SiC颗粒表面上的SiO2与Al,Mg,Zn诸元素发生了放热反应,从而降低了表面张力,提高了湿润性,促进了自发浸渗。     

Wetting of carbon nanotubes by aluminum oxide

Most ceramic-carbon nanotube (CNT) composite processing utilizes solid state sintering, hence the concept of wetting of CNTs by molten ceramic is absolutely new. In the present work on a plasma sprayed Al(2)O(3)-CNT nanocomposite, it is observed that molten Al(2)O(3) spreads uniformly on the CNT surface by forming a thin (～20-25?nm) ceramic layer without any cracks. The wettability of the Al(2)O(3)-CNT system is associated with the surface tension and capillary forces as captured from the evolution of microstructure. The dynamic equilibrium between melting and solidification of Al(2)O(3) was deduced from the meniscus height, curvature, contact perimeter and projection area of solidified Al(2)O(3) on the CNT surface. This interfacial phenomenon illuminates the mechanisms of microstructure evolution from Al(2)O(3)-coated CNT bridge structures to CNT mesh formation. Consequent ab?initio modeling depicted distorted iso-surface contours at the interface, suggesting partial bonding and good wettability of Al(2)O(3) on the CNT surface.     

Effect of casting/mould interfacial heat transfer during solidification of aluminium alloys cast in CO2-sand mould

The ability of heat to flow across the casting and through the interface from the casting to the mold directly affects the evolution of solidification and plays a notable role in determining the freezing conditions within the casting, mainly in foundry systems of high thermal diffusivity such as chill castings. An experimental procedure has been utilized to measure the formation process of an interfacial gap and metal-mould interfacial movement during solidification of hollow cylindrical castings of Al-4.5 % Cu alloy cast in CO₂-sand mould. Heat flow between the casting and the mould during solidification of Al-4.5 % Cu alloy in CO₂-sand mould was assessed using an inverse modeling technique. The analysis yielded the interfacial heat flux (q), heat transfer coefficient (h) and the surface temperatures of the casting and the mould during solidification of the casting. The peak heat flux was incorporated as a dimensionless number and modeled as a function of the thermal diffusivities of the casting and the mould materials. Heat flux transients were normalized with respect to the peak heat flux and modeled as a function of time. The heat flux model proposed was to estimate the heat flux transients during solidification of Al-4.5 % Cu alloy cast in CO₂-sand moulds.     

Mg对原位自生TiB2/Al-4.5Cu复合材料微观组织及力学性能的影响

采用Al-K₂TiF₆-KBF₄混合盐原位自生反应法,制备了不同Mg质量分数的3wt% TiB₂/Al-4.5Cu复合材料。采用SEM、TEM、HM硬度测试和室温拉伸等方法研究了Mg含量和多级热处理对3wt% TiB₂/Al-4.5Cu复合材料微观组织和力学性能的影响。微观组织观察发现:Mg质量分数为3wt%时,经过多级热处理后,TiB₂颗粒的团聚现象明显改善,反应生成的TiB₂颗粒平均尺寸约为130 nm,基体内伴随有大量弥散分布的纳米级颗粒,且α-Al的晶粒尺寸也明显减小。力学测试结果表明:多级热处理后,3wt% TiB₂/Al-4.5Cu复合材料的硬度和抗拉强度随Mg含量的增加而提高,但过量的Mg (≥4wt%)会造成TiB₂颗粒细化效果下降。分析表明:Mg的加入能够降低TiB₂/α-Al界面能,减少脆性相Al₃Ti、Al₂B的生成,并通过反应生成的MgAl₂O₄使界面结构变成TiB₂/MgAl₂O₄/α-Al,从而有效抑制了TiB₂的团聚,改善了TiB₂颗粒与Al液界面的润湿性,提高了形核率,进一步细化了α-Al晶粒尺寸。      

HK 合金与Al2O3陶瓷界面现象的研究

本文采用座滴法研究了HK 合金与Al₂O₃陶瓷的润湿性及界面间相互作用, 并且采用界面剪切法研究了α-Al₂O₃/HK 合金的界面结合强度, 重点考察了温度与保温时间对α-Al₂O₃/HK合金的润湿行为、界面反应和界面结合强度的影响。