微量元素Nb、C强化W-Lu2O3复合材料的组织及性能研究

采用机械球磨和放电等离子体烧结制备了W-Lu₂O₃和W-Nb-C-Lu₂O₃合金,通过场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、能谱(EDS)和透射电子显微镜(TEM)研究分析了合金复合粉末的形貌、合金烧结体表面形貌和断口形貌;测定了合金的致密度、热导率、硬度和强度。实验结果表明：在W-Lu₂O₃的基础上添加微量Nb和C对钨合金晶粒细化、致密化和强度提高有着明显的效果,W-Nb-C-Lu₂O₃合金的致密度比W-Lu₂O₃提高了5.75%,达到了95.12%,晶粒尺寸由8~13 μm细化到2~5 μm,W-Nb-C-Lu₂O₃合金比W-Lu₂O₃合金的显微硬度和强度得到明显改善。     

W-Ni/Yb_2O_3复合材料的制备及烧结性能

采用化学镀获得Ni-Yb_2O_3复合粉体,然后通过机械球磨制备了不同质量分数的W-(0.2%,0.5%,1%,2%)Ni/Yb_2O_3复合粉末,最后在1600℃下烧结3 h获得了W-Ni/Yb_2O_3复合材料。采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)分析了Ni-Yb_2O_3复合粉体形貌、W-Ni/Yb_2O_3复合材料表面形貌,测定了W-Ni/Yb_2O_3复合材料相对密度、显微硬度和热导率。结果表明,W-Ni/Yb_2O_3复合材料的相对密度和显微硬度随着Ni-Yb_2O_3含量增加而增加,Ni-Yb_2O_3的加入促进了钨基材料的烧结致密化;同时,添加Ni-Yb_2O_3复合粉使钨基材料的晶粒得到细化,但对钨基材料导热性起到降低的作用。     

烧结温度对ZrC-Y_2O_3复合增强细晶钨组织与性能的影响

采用湿化学法制备W-3%ZrC-0.3%Y_2O_3(质量分数)材料,研究该材料在1800~1920℃的烧结致密化行为,通过与W-3ZrC材料及纯钨材料烧结态力学性能和显微组织的对比研究,分析复合添加ZrC和Y_2O_3对钨材料强韧化的作用和意义。结果表明:W-ZrC-Y_2O_3材料的致密度和抗拉强度均呈现出随烧结温度升高先增加后降低的趋势,其相对密度和抗拉强度均在1860℃达到最大值,分别为97.8%、446 MPa;添加第二相粒子能有效细化钨材料的晶粒,Y_2O_3/ZrC复合添加较单一ZrC能更有效细化钨晶粒,晶粒由W-3ZrC的10μm降低至5~8μm。复合强化相粒子改变了断裂过程中裂纹扩展的形状和长度,起到强化和韧化作用。     

放电等离子烧结制备9Cr-ODS钢的组织与力学性能

采用放电等离子烧结(Spark plasma sintering,SPS)工艺制备了成分为Fe-9Cr-1.5W-0.4Mn-0.2V-0.1Ta-0.3Ti-0.3Y_2O_3(质量分数,%)的9Cr-ODS钢。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电子背散射衍射(EBSD)、高分辨透射电镜(HRTEM)对ODS钢的宏观烧结特征、晶粒形貌、析出相形貌等进行表征。利用万能拉伸试验机测量不同温度下样品的力学性能。结果表明:通过放电等离子体烧结工艺可以制备出具有超细晶粒的ODS钢,950℃/5 min时烧结效果最好,致密度达到97.7%。950℃/5 min烧结后样品的晶粒呈现粉末颗粒表面晶粒粗大(1μm)而内部晶粒细小(纳米级)的现象,样品内的析出相以高密度、纳米尺寸、弥散分布的纳米团簇为主,其分布密度可以达到5.1×10~(22)个/m~3,同时还发现了少量化学计量比的Y_2Ti_2O_7。放电等离子体950℃/5 min烧结样品的常温和650℃拉伸强度分别达1040 MPa和407 MPa。     

Mn对W-Ni-Fe合金性能的影响

通过液相烧结制备不同Mn含量的90%W-7%Ni-3%Fe合金,研究Mn对合金的烧结温度、保温时间和力学性能的影响。采用SEM观察试样断口形貌;利用金相显微镜观察样品显微组织并检测W晶粒尺寸;并对烧结试样的相对密度、抗拉强度和硬度等性能进行测定与分析。结果表明,当w(Mn)=0.25%时,1425℃保温1h,合金相对密度达到98.3%;1400℃保温45min,合金抗拉强度达到928MPa,硬度HRC达到37.2。W晶粒由20～25μm减少到12～15μm。Mn在相界面上生成的中间相,阻止了W原子在粘接相中的扩散,阻止了W晶粒长大,提高合金的力学性能。     

Al_2O_3含量对Mo-WC-Co钼合金性能的影响

采用粉末冶金技术制备了Mo-WC-Co合金,利用金相显微镜、XRD、SEM和EDS等手段分析了Al_2O_3添加量对合金组织的影响,并研究Al_2O_3含量对合金硬度及耐磨性的影响。研究表明,Mo-WC-Co合金的晶粒度和孔隙率随着Al_2O_3含量的增加逐渐减小;当Al_2O_3含量为0.2%时合金烧结致密度最高;Al_2O_3含量超过0.2%时合金的硬度趋于平稳但耐磨性下降。     

烧结温度对玻璃/金属复合结合剂金刚石磨具磨削性能的影响

在不同温度下,采用热压烧结法制备了含3%(质量分数,下同)Na_2O-B_2O_3-SiO_2-Al_2O_3-Li_2O脆性玻璃结合剂的玻璃/金属复合结合剂金刚石磨具,通过扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、XPS、洛氏硬度计、抗折强度试验机、气动圆度测试仪等研究了烧结温度对复合结合剂微观结构、力学及磨削性能的影响。结果表明:随着烧结温度提高,玻璃相发生球形—椭球形—长条状—片层状的形状变化。烧结温度为850℃时,金属与玻璃间出现10~20 nm FeAl_2O_4过渡层,强化了两者界面结合,复合结合剂抗折强度达到最大值826 MPa,硬度为94 HRB。烧结温度为900℃时,脆性FeAl_2O_4过渡层增厚导致抗折强度下降。烧结温度为850℃时,金属结合剂磨具与添加3%玻璃结合剂的金刚石磨具相比,加工气缸圆度和直线度平均值分别由3.1μm和2.5μm降低至2.7μm和2.1μm。     

粉末粒径对高速压制Ti-6Al-4V合金性能的影响(英文)

采用高速压制(HVC)技术成形平均粒径分别为103、66和44μm的3种Ti6Al4V合金粉末,然后将合金粉末进行真空烧结,考察粉末粒径对成形效果和烧结体性能的影响。结果表明,细粉末比粗粉末更难压制,获得的压坯密度也更低。但是细粉末压坯的烧结密度明显高于粗粉末压坯的烧结密度。与粒径为103和66μm的粉末相比,粒径为44μm的粉末的压坯密度最低,在冲击能量为913J时其相对密度为85.1%。然而在1300°C烧结2.5h后,粒径为44μm的粉末压坯的烧结密度最高,其相对密度达到98.2%。而且,粒径为44μm的烧结试样具有最高的硬度和压缩强度,分别为HV354和1265MPa。     

多向压缩纯钨烧结体的组织及热稳定性（英文）

对纯度为99.9%的纯钨烧结体在1423 K进行不同压下量的多向压缩(MDC)实验,采用X射线衍射(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)及差示扫描量热法(DSC)研究多向压缩前后纯钨试样组织、显微硬度及热稳定性的变化。结果表明,多向压缩后纯钨烧结体位错密度显著增大,压下量50%纯钨试样的位错密度由初始烧结钨的3.08×10~(14)增大至8.08×10~(14) m~(-2),平均晶粒尺寸由83.8μm细化至14.7μm,而显微硬度则由HV0.2 417增大至HV0.2 521。多向压缩后纯钨试样的再结晶温度约为1600 K,近似为常数。纯钨烧结体经多向压缩后由于晶粒尺寸减小以及均匀分布的形核点增多,组织热稳定性得到提高。     

VC对WC-6.5%Co硬质合金组织和性能的影响

研究了添加0～2.0%(质量分数)晶粒长大抑制剂VC对硬质合金组织和性能的影响。结果表明,VC的加入使合金的硬度提高,强度下降,WC晶粒尺寸从未添加VC的0.5～1μm减小到添加2.0%VC时的0.15μm左右。在WC与粘结相Co的晶界析出的脆性相(W,V)Cx起到了细化了WC晶粒的作用,但是由于其本身的脆性,使合金的强度下降。VC添加量为0.5%时,合金的硬度为93.0HRA,断裂韧性为11.2MPa.m1/2,其综合性能最高。     

CNTs和Ti掺杂对W基合金微观组织结构及力学性能的影响

采用高能球磨与热压烧结工艺,在1500℃、25 MPa压力下制备了CNTs和Ti掺杂的W基合金。利用三点弯曲法和单边缺口梁法(SENB)分别对合金的弯曲强度和断裂韧性进行了测试。使用扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)分析仪对合金的微观组织形貌进行了观察与分析。结果表明:单独掺杂CNTs和Ti都可以改善W合金的烧结性能,制备的W-0.1CNTs和W-5Ti合金的致密度显著提高,但晶粒尺寸较大。而同时掺杂CNTs和Ti不仅可以改善W合金的烧结性能,而且可以明显抑制W晶粒长大;CNTs含量对W合金力学性能有明显的影响,对于W-5Ti-0.1CNTs合金,力学性能最好,其硬度、抗弯曲强度和断裂韧性分别为7.32 GPa、654.3 MPa、10.13 MPa·m1/2;断口微观组织形貌分析表明,单纯加入CNTs或Ti,断裂方式是以沿晶断裂为主,Ti的加入,在W晶粒的三重晶界处形成Ti(W)固溶体;而同时加入CNTs和Ti所制备的W合金,晶粒明显被细化,断裂方式由沿晶断裂转变为沿晶断裂和穿晶解理断裂的混合模式,CNTs和Ti的同时加入对W基材料起到了很好的增强增韧效果。     

Fe/Ni比对WC-Fe-Ni硬质合金微观组织及性能的影响

在1450℃下低压烧结制备5种不同Fe/Ni比(质量比)的WC-Fe-Ni硬质合金,通过SEM、TEM、XRD、力学性能测试和电化学测试研究Fe/Ni比对硬质合金的显微组织和性能的影响。结果表明:随Fe/Ni比增大,晶粒尺寸先下降后上升;Fe/Ni比为3:1时,合金晶粒尺寸最小,为1.24μm;合金抗弯强度变化趋势和晶粒尺寸变化呈反比;硬度不断提高,断裂韧性变化与烧结致密度变化均保持先上升后下降趋势;在Fe/Ni比为3:1时,合金断裂方式主要为沿晶断裂,在Fe/Ni比不等于3:1时会出现较多穿晶断裂;合金耐酸性溶液腐蚀能力不断变差。当Fe/Ni比为3:1时,合金的综合性能最好,其硬度、抗弯强度、断裂韧性、腐蚀电流密度分别达到934HV、3047MPa、23.3 MPa?m~(1/2)、3.98×10~(-5) A/cm~2。     

Al-Ti-C中间合金对ZM-5镁合金显微组织及力学性能的影响

采用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜等研究了Al-8Ti-2C中间合金对ZM-5合金显微组织及力学性能的影响,以及保温时间对合金力学性能的影响。结果表明:Al-8Ti-2C中间合金的主要相组成为Al4C3、TiC和α-Al,对ZM-5合金具有明显的细化效果。添加0.3%的Al-8Ti-2C中间合金时,细化效果最佳,α-Mg晶粒明显细化,平均晶粒尺寸由原来的124μm降低到约89μm;合金的综合力学性能最佳,其中抗拉强度和屈服强度分别比未变质的ZM-5合金提高了8.8%和24.2%,但伸长率提高幅度不大。此外,随着保温时间延长,ZM-5合金的力学性能先提高后降低。     

原位合成WC-6Co复合粉末制备超细YG6硬质合金

将原位合成WC-6Co复合粉末采用干袋式冷等静压压制成型(压制压力1×10~8 Pa、保压时间15 s),将压制好的坯料采用低压烧结炉烧结(烧结温度1360℃、烧结时间40 min、加压5 MPa、保温保压时间20 min),烧结制备超细YG6硬质合金,对合金的形貌、金相组织及物理力学性能进行分析。结果表明:原位合成WC-6Co复合粉末制备的超细YG6硬质合金,晶粒异常长大,WC平均晶粒尺寸为0.8μm,硬度HV_(30)为(21500±100) MPa,较传统超细YG6X硬度高。再将WC-6Co复合粉末采用滚动湿磨、压力式喷雾干燥、掺成型剂、挤压成型、低压烧结等工序制备超细YG6硬质合金,研究不同晶粒长大抑制剂配比、球磨时间、挤压压力、烧结温度对合金性能的影响。结果表明:添加0.3%VC、0.8%Cr_3C_2(质量分数),湿磨48 h,挤压压力24 MPa,烧结温度1340℃,制备的超细YG6硬质合金WC晶粒均匀,无异常长大的WC晶粒,WC平均晶粒度尺寸0.4μm,呈多边形,外形较圆。强度、硬度最高,抗弯强度TRS为(2250±20) MPa、硬度HV30为(22600±100) MPa。断口形貌为沿晶断裂,沿WC与WC晶界断裂或WC与Co晶界断裂。     

烧结温度对含钽双晶硬质合金组织和性能的影响

同时采用不同粒度WC原料制备WC-TaC-Co硬质合金,并在不同的温度下进行烧结。研究表明:合金主要由两相组成,晶粒大小相间。所测硬度、密度和矫顽磁力随温度升高先升后降,抗弯强度随烧结温度升高而略有升高,但变化不明显。烧结温度为1450℃保温1.5h时,合金的综合性能达到最优,维氏硬度(HV30)为1668.8,抗弯强度为988MPa,密度为14.87g/cm3,矫顽磁力为15.2kA/m,此时Ta元素对WC晶粒的抑制效果最佳,晶粒尺寸达到0.75μm±0.33μm。     

Zr含量对生物材料Mg-2Zn合金显微结构与耐腐蚀性能影响

采用机械合金化及真空热压烧结方法制备了3种不同Zr含量的Mg-2Zn合金(Mg-2Zn,Mg-2Zn-0.5Zr,Mg-2Zn-1Zr),并通过X射线衍射(XRD)、光学显微镜(OM)及在SBF模拟体液中进行动电位极化曲线测试和浸泡24 h失重实验,对比研究了3种合金的显微结构与耐蚀性能。结果表明,Mg-2Zn合金的晶粒粗大,含Zr合金的晶粒细长,晶粒明显细化,其中含0.5Zr合金的晶粒最小,约为2μm,含1Zr合金的晶粒约为5μm。浸泡实验中Mg-2Zn合金的腐蚀速率最大,含0.5Zr时合金的腐蚀速率最小,Zr含量过多时,合金的腐蚀速度反而增大。电化学测试中Mg-2Zn合金的自腐蚀电流密度最大,而含0.5Zr合金的自腐蚀电流密度最小,耐蚀性能最好。     

Effect of Y Addition on Microstructure and Mechanical Properties of TiAl-based Alloys Prepared by SPS

采用双步机械球磨和放电等离子烧结(SPS)相结合的方法制备 Ti-45Al-2Cr-2Nb-1B-0.5Ta(at%)和 Ti-45Al-2Cr-2Nb-1B-0.5Ta-0.225Y(at%)2 种 TiAl 基合金(简称 TA 合金和 TAY 合金),并研究稀土元素 Y 对 TiAl 基合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,通过双步机械球磨后的粉末形状比较规则,颗粒尺寸范围在 20~40 μm之间。经过 SPS 烧结的 TiAl 基合金块体主要由 TiAl相和 Ti3Al 相组成,还有少量的 Ti2Al 相和 TiB2相。SPS 烧结的 TA 合金块体试样等轴晶粒的尺寸在 100~400 nm 之间,合金的室温压缩强度为 2614 MPa,压缩率为 20.57%;而对于加入了稀土元素 Y 的 TAY 合金而言,等轴晶粒尺寸明显减小,合金的室温压缩强度为 2677 MPa,压缩率为 22.91%,跟 TA 合金相比力学性能有所改善。显微硬度的测试结果表明,SPS 烧结的 TA 合金的显微硬度要明显高于 TAY 合金。通过对压缩断口进行观察发现,SPS 烧结的 2 种 TiAl 基合金均为沿晶断裂。     

铁镍比与VC对WC-15%(Fe,Ni)细晶硬质合金组织与力学性能的影响

利用OM、SEM、XRD进行微观组织与相组成分析,研究了铁镍比与VC对铁镍基硬质合金组织性能的影响规律。结果表明:添加质量分数0.5%的VC可显著提高合金硬度并细化组织,铁镍比越低,合金硬度提高幅度越大、组织细化效果越显著。当铁镍质量分数比为1∶5时,添加0.5%VC的合金硬度达91.5 HRA,WC平均晶粒度为0.6μm,相比于没有添加VC的合金,硬度增幅为4.7 HRA,WC晶粒尺寸降幅为2.4μm。当铁镍质量分数比小于1∶3时,VC的添加可提高合金抗弯强度,当铁镍质量分数比大于1∶3时,VC的添加反而降低合金抗弯强度。当合金中没有添加VC时,铁镍比的降低导致合金硬度下降,同时合金组织中的WC晶粒也明显粗化,这是由于WC在铁中的固溶度较小,铁含量的增加可有效抑制WC的溶解析出长大。当合金中添加VC时,铁镍比对合金硬度与晶粒度影响均较小,合金硬度均在91～92 HRA范围内,合金中WC平均晶粒度均为0.6μm。在合金抗弯强度方面,随着铁镍比的降低,有无添加VC的合金抗弯强度均整体呈先下降后上升的趋势,并分别在铁镍质量分数比1∶3与1∶2时达到峰值。综合来看,铁镍质量分数比1∶3,添加0.5%VC的合金具有最佳的综合性能,硬度达91HRA,抗弯强度达3 590 MPa,晶粒度0.6μm。     

机床用WC/Al_2O_3复相陶瓷刀具材料的研究

以WC和α-Al_2O_3为主要原料,采用真空热压烧结工艺制备机床用WC/Al_2O_3复相陶瓷刀具材料。测试和分析了烧结样品的相对密度、弯曲强度、断裂韧度、硬度值、相组成以及显微结构。结果表明,当WC添加量为75%,微米α-Al_2O_3添加量为25%,烧结温度为1 600℃时,所制备的WC/Al_2O_3复相陶瓷刀具材料性能最佳,相对密度值为99.1%,弯曲强度为706.3 MPa,断裂韧度为8.91 MPa·m1/2,硬度值为19.14 GPa。最佳样品的主晶相为碳化钨(WC)和刚玉(Al_2O_3)。     

生物医用挤压态Mg-Zn-Gd镁合金的组织与耐电化学腐蚀性能

通过光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)观察了Mg-x Zn-y Gd(x=1~3,y=0~3)合金的挤压态组织及腐蚀形貌。结果表明:挤压态组织得到细化,平均晶粒尺寸从Mg-3Zn合金的(30±3)μm降到Mg-3Zn-1Gd合金的(10±2)μm,说明挤压过程发生了明显的动态再结晶,第二相沿挤压方向趋于带状分布。Mg-x Zn-y Gd合金的腐蚀以点蚀为主,在浸泡的时间段内,Mg-3Zn-2Gd合金的腐蚀速率最快,Mg-3Zn合金的腐蚀速率最低。经固溶处理后,Mg-3Zn-2Gd和Mg-3Zn-3Gd合金的腐蚀速率由原来的(0.605±0.025)和(0.352±0.021)mg/(cm2·h)分别降为(0.085±0.010)和(0.167±0.020)mg/(cm2·h)。随着Zn含量的增加,自腐蚀电流密度逐渐降低,高频区容抗半环逐渐增大;随着Gd含量的增加,自腐蚀电流密度逐渐先升高后降低,高频区容抗半环先降低后升高。Mg-3Zn合金的自腐蚀电流密度最小,为8.65×10-3(m A/cm2);而其Faraday电阻Rt最大,为3312Ω。