Ni-Al含能结构材料的制备和性能研究

以Ni粉和Al粉(摩尔比1:1)为原料,采用冷压-烧结法制备了Ni-Al含能结构材料。研究了烧结温度对Ni-Al含能结构材料界面扩散、力学性能、起始反应温度和能量密度等的影响。结果表明：烧结温度的提高,增加了Ni-Al颗粒间界面扩散速率,从而使含能结构材料界面粘合强度增大,拉伸和压缩强度提高,同时,能量密度降低;当烧结温度为550℃时,可获得强度和能量密度俱佳的含能结构材料,其拉伸和压缩强度分别为66.0 MPa和294.6 MPa,能量密度为436.1 J/g。     

Ni-Al含能结构材料的制备及性能

采用冷等静压-烧结法制备了Ni-Al含能结构材料。通过DSC、XRD、SEM、Instron 5582材料万能试验机和分离式霍普金森压杆(SHPB)系统表征了材料的热力学行为、物相结构、微观组织形貌和力学性能。研究表明,随着烧结温度的升高,Ni-Al含能结构材料的塑性和强度均得到优化,能够保证各自的独立组元,具有高能量释放特性;当烧结温度为540℃时,Ni-Al含能结构材料的平均抗压强度和平均流变应力分别为160. 3 MPa和249. 2 MPa。     

微细Fe-N粉的添加对Fe-C-Cu合金结构和力学性能的影响

将含不同质量分数Fe-N粉的混合压坯在1100℃温度下进行烧结,然后对样品采用X射线衍射(XRD)分析、扫描电镜(SEM)和能谱分析,并进行了金相观察和压缩强度测定,研究了微细Fe-N粉的添加对多孔Fe-C-Cu合金的结构和力学性能的影响。结果表明:当烧结条件为在1100℃温度下保温30 min,Fe-N粉的添加能够明显提高粉末的烧结性能;当Fe-N粉添加量为50%时,烧结样品的压缩强度得到显著提高。随着Fe-N粉的添加量增加,烧结样品的孔隙圆化。     

烧结温度对Al3Zr/2024Al多孔复合材料的组织与压缩性能的影响

以NaCl为造孔剂,2024Al和Zr粉末为基体,通过造孔剂法制备了Al₃Zr/2024Al多孔复合材料,研究了不同烧结温度对复合材料组织与压缩性能的影响。结果表明:复合材料的孔隙率几乎不受烧结温度影响;烧结温度的升高可促进Al₃Zr在孔壁内生成、扩散和团聚长大;压缩试验结果表明Al₃Zr可明显提高复合材料的压缩性能,压缩强度随烧结温度的升高呈现先增大后减小的趋势,在650℃时屈服强度可达57.12 MPa,平台应力可达56.8 MPa,此时Al₃Zr/2024Al多孔复合材料具有最佳的压缩、吸能性能。     

元素粉末法SPS烧结固化TiAl合金的组织和力学性能

以元素粉末为原料,通过放电等离子烧结(SPS)分别合成了Ti-46Al-9Nb-0.5Si和Ti-46Al-2Cr-0.5Si-0.2C。研究了各种SPS条件下合金元素扩散及微观组织的演变规律。在1 300℃×5min及以上条件下,Ti、Al、Si和C元素能够均匀扩散,Cr几乎完全扩散,仅有很少的富集区,而Nb的扩散远未完成。两组合金均表现为典型的层片晶团加γ相的双相组织。提高烧结温度和时间,层片晶团的数量和晶粒尺寸增加。各种条件下SPS烧结获得的试样压缩强度在1 200~1 350MPa之间,增加层片晶团含量能提高强度,但因烧结温度和时间的增加引起的晶粒粗化会导致强度下降。室温下的压缩性能与铸造热处理的试样及SPS预合金化粉末获得的材料的性能相当。     

微细Fe-N粉的添加对Fe-C-Cu合金的结构和力学性能影响

将含不同质量分数Fe-N粉的混合压坯在1100 ℃温度下进行烧结,然后对样品采用X射线衍射（XRD）分析、扫描电镜（SEM）和能谱分析,并进行了金相观察和压缩强度测定,研究了微细Fe-N粉的添加对多孔Fe-C-Cu合金的结构和力学性能的影响。结果表明：当烧结条件为在1100 ℃温度下保温30 min,Fe-N粉的添加能够明显提高粉末的烧结性能;当Fe-N粉添加量为50%时,烧结样品的压缩强度得到显著提高。随着Fe-N粉的添加量增加,烧结样品的孔隙圆化。     

喷丸辅助对冷喷涂Ni-Al含能结构涂层组织及性能的影响

目的 调控冷喷涂Ni-Al含能结构涂层的微观结构,增加涂层中组元间的接触面积,提高涂层反应速度。方法 在Ni、Al混合粉末中引入铸钢弹丸,研究喷丸辅助对冷喷涂Ni-Al涂层微观组织、力学性能和反应特征的影响。采用扫描电镜(SEM)结合定量金相方法,表征Ni-Al涂层微观形貌和Ni、Al组元的接触面积。通过万能材料试验机及分离式霍普金斯压杆(SHPB)测试Ni-Al涂层的压缩力学性能。采用差示扫描量热分析法(DSC)分析Ni-Al涂层的反应温度及放热量。通过高速摄影分析Ni-Al涂层的自蔓延反应过程和燃烧速度。结果 喷丸辅助冷喷涂所制备的Ni-Al涂层整体致密、无宏观裂纹。弹丸冲击提高了涂层中Ni颗粒的变形程度和Ni、Al组元间的接触面积,对涂层密度和Ni、Al活性组元含量无明显影响。喷丸辅助冷喷涂Ni-Al在准静态和动态条件下的抗压强度分别为210~250 MPa及310~335 MPa。引入弹丸提高了冷喷涂Ni-Al涂层的反应活性,反应起始温度下降至422 ℃,并显著提高了冷喷涂Ni-Al含能结构涂层的自蔓延燃烧速度。当钢丸添加量为77%时,涂层燃烧速度达到416 mm/s,提高近5倍。结论 喷丸辅助冷喷涂工艺可在保证涂层力学性能的同时,提高Ni-Al含能结构涂层的反应活性,并显著提高自蔓延燃烧速度,弹丸含量对涂层成分影响不大。     

添加SnAl元素与中温烧结对Cr/Zr膜基界面结合强度的影响

目的 通过在Cr膜中添加SnAl元素及中温液相烧结,提高锆合金膜基界面结合强度。方法 在Cr靶中添加SnAl元素,制备一种均匀分布的CrSnAl合金靶材（原子比Cr:Sn:Al=95:4:1）,并利用直流磁控溅射（DCMS）技术在锆合金表面制备约5 μm厚的CrSnAl膜层,再将CrSnAl膜层试样放入Ar保护气氛炉中进行中温烧结（温度为600 ℃,时间为30 min）,随炉冷却至室温。利用XRD、SEM、EDS及体式显微镜分析中温烧结对CrSnAl膜层形貌、组织结构及元素扩散的影响;根据涂层弯曲断裂形貌、切削划痕力和切屑形貌综合评价膜基界面结合强度。结果 添加SnAl后,Cr膜层表面孔隙等缺陷明显减少,膜基界面结合强度得到较大提升,从41.7 MPa提升到了45.8 MPa。600 ℃烧结后,CrSnAl膜层韧性增强,并出现韧窝形貌,剪切唇仅为烧结前CrSnAl膜层的1/2,CrSnAl/Zr界面结合强度进一步提升到52.1 MPa。结论 Cr膜中添加SnAl有利于膜基界面元素扩散,对膜基界面结合强度提高有较大影响;中温烧结CrSnAl膜层韧性及膜基界面结合强度均有较大提升,进而改善了膜基界面结合性能。     

烧结工艺对粉末烧结多孔材料微观结构与力学性能影响

本文进行了烧结气氛和烧结温度对支撑体孔径、透过性能影响的研究。环拉实验结果表明,氢气烧结样品的抗拉强度87.56MPa,氢气+氯化铵活化烧结样品115.20MPa,强度提高了30%。通过烧结温度对支撑体力学性能影响的研究,得到了支撑体致密度和力学性能之间的关系,可实现通过测试多孔材料的密度来预测多孔材料的强度。     

添加稀土元素对粉末冶金Ti合金显微组织和力学性能的影响

利用光学显微镜、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等手段研究了在粉末Ti合金中添加稀土元素对烧结坯的显微组织和力学性能的影响.结果表明,添加稀土元素可以有效提高烧结坯的致密度、室温抗拉强度和延伸率,其中含1.0%Nd(质量分数)的材料致密度达99%,抗拉强度1080MPa,延伸率6%,接近锻造Ti-6Al-4V合金的性能水平,而且制备成本明显降低.稀土元素对致密度的贡献主要归因于在烧结过程中产生瞬时液相,同时稀土元素能够夺取粉末颗粒表面的氧,净化原始颗粒界面,提高粉末颗粒的烧结活性.致密度的提高,Ti合金基体氧含量的降低以及第二相Nd氧化物的存在都有助于材料力学性能的提高.然而含Nd合金的烧结温度应控制在一个合适的范围内,过高的烧结温度将导致瞬时富Nd液相的聚集和元素的偏扩散,以及由于扩散条件改善后的晶粒过度长大,反而不利于材料力学性能的提高.     

Al2O3弥散铜/纯铜扩散焊工艺

采用真空扩散连接工艺,对Al2O3弥散强化铜/纯铜的连接进行了试验研究.用扫描电镜分析了Al2O3弥散强化铜/纯铜扩散界面组织结构,研究了工艺参数对界面结合状态和组织结构的影响.通过正交试验得出各因素对接头抗拉强度的影响大小依次为:扩散温度＞压力＞保温时间.正交试验结果表明:焊接温度为550℃,保温时间为3h,压力为25 MPa时,可获得组织均匀致密、界面连续的Al2弥散铜/纯铜扩散焊接头,且接头抗拉强度高达116.9 MPa.     

GH4169合金真空扩散连接接头的组织和性能

采用真空扩散连接技术对GH4169合金进行了焊接,分析了GH4169合金接头界面结构及扩散连接工艺参数对界面扩散孔隙及接头力学性能的影响.结果表明,GH4169直接扩散连接,在连接温度为950~1 150℃的范围内,随着温度的升高,连接时间的延长和连接压力的增大,界面的扩散孔隙数目逐渐减少,尺寸逐渐变小,接头抗拉强度达到658 MPa,但接头依旧有不连续的孔洞存在.采用铜中间层进行GH4169的扩散连接时,在界面处有固溶体层生成,接头抗拉强度得到明显的提高,最高可达745MPa.     

粉末及烧结工艺对金属多孔材料性能的影响

进行了粉末、烧结气氛和烧结温度对支撑体孔径、透过性能影响的研究。结果表明,获得了支撑体材料的制备工艺窗口,原料粉末应选粒度≥100μm,烧结温度在1150~1300℃之间调整。环拉实验结果表明,氢气烧结样品的抗拉强度87.56 MPa,氢气+氯化铵活化烧结样品115.20 MPa,强度提高了30%。通过烧结温度对支撑体力学性能影响的研究,得到了支撑体致密度和力学性能之间的关系,可实现通过测试多孔材料的密度来预测多孔材料的强度。     

用Ti3SiC2粉料连接反应烧结SiC陶瓷

用Ti3SiC2粉末作为焊料,采用热压反应烧结连接法连接SiC,通过正交实验,研究了连接温度、高温保温时间、连接压力和连接层厚度对试样连接强度的影响,优选出的最佳工艺参数分别为:1 500℃,30 min,30MPa,150 μm.所得到的接头最大剪切强度为39.49 MPa.微观结构研究和成分分析表明:在界面处,发生了元素的扩散,促进了界面结合,有明显的反应扩散层.物相分析显示在高温、高压、氩气气氛以及使用石墨模具的条件下,Ti3SiC2与母材发生界面反应,实现界面结合.     

再生高密度钨合金的性能

采用氧化-还原法回收钨合金切削废料,用回收粉末及镍、铁元素粉配制成91W-6Ni-3Fe系高密度合金的混合粉,经压制、脱胶、烧结制得再生高密度钨合金.结果表明:所得再生合金的性能同非回收粉末所制备的合金性能相当,再生钨合金的密度随着烧结温度的升高而先升高后有所降低,最大密度为17.12 g/cm3,硬度随着烧结温度的升高而降低;当烧结温度为1 440℃时再生合金的强度和塑性达到较好的配合,抗拉强度为922.95MPa,延伸率为20.18%;经真空热处理后,再生钨合金性能得到改善,抗拉强度和延伸率得到不同程度的提高,抗拉强度比热处理前提高了约6.44%,延伸率比热处理前提高了约43.42%.     

油井管用钛/钢真空扩散焊工艺研究

对油井管钻杆材料TA2纯钛和钻头材料14MnMoVN钢进行了异种合金真空扩散焊试验,对不同焊接参数下的焊接接头的微观组织和力学性能进行试验分析,分析了加热温度和保温时间对接头抗拉强度的作用规律。结果表明,焊接接头存在明显的界面,形成了断续的化合物反应层,主要为Ti-Fe金属间化合物。接头强度最高达到182MPa。相同保温时间下,随着加热温度的增加,接头的抗拉强度增大,但温度不宜超过900℃。相同加热温度下,随着保温时间增加,界面的结合强度先升高后降低。     

Ni3Al合金蜂窝的制备及微观组织演变规律

目的 研究Ni-Al扩散偶在热扩散过程中的微观组织演变规律,提出Ni3Al合金蜂窝形成的模型.方法 采用电镀技术在易加工的Al蜂窝表面电镀一定厚度的Ni,研究热扩散温度和时间对Ni-Al扩散偶组织结构的影响.采用X射线衍射仪对Ni-Al扩散偶进行物相分析;通过扫描电镜技术对Ni-Al扩散偶截面进行形貌及能谱分析,推测微观组织演变规律.结果 热扩散温度为500℃时,随着热扩散时间的延长,Ni-Al界面处首先出现NiAl3,然后消失,最终形成以Ni2Al3为扩散层主体、NiAl和Ni3Al为过渡层的多层实心结构;热扩散温度为700、1100℃时,Ni-Al扩散偶会分别形成以Ni2Al3、NiAl为内芯,纯Ni为外壳,并以NiAl、Ni3Al薄层过渡的多层中空结构;热扩散温度为1300℃时,随着扩散时间的延长,Al相夹心层从Al、NiAl3、Ni2Al3三相混合结构依次转化为成分均一的单相Ni2Al3和NiAl结构,扩散时间继续延长,Ni层随之耗尽,Ni-Al扩散偶最终形成以γ′-Ni3Al为强化相的Ni-Al合金.结论 Ni-Al固相扩散反应过程中,随热处理温度的提升,Al原子发生了明显的外扩散.Ni-Al液固扩散反应过程中,随热处理时间的延长,Ni原子发生了明显的内扩散.在1300℃热扩散1 h的条件下,能成功制备Ni3Al基合金蜂窝壁.     

TiNiSMA丝增强AZ31镁合金复合材料的制备及性能

采用真空热压法制备了体积分数为12.8%的TiNi丝增强镁合金基复合材料,通过光学显微镜、SEM、EDS、DSC以及拉伸试验研究了复合材料的微观组织结构及力学性能。结果表明：制备的复合材料界面结合良好,基体中的Mg元素以及TiNi合金中的Ti、Ni元素均发生了扩散,形成约1μm的互扩散层。复合材料在高温条件下的力学性能优于室温,100℃下复合材料的屈服强度、抗拉强度和弹性模量比室温条件下分别提高了61MPa、41MPa和6.05GPa,150℃下复合材料的屈服强度、抗拉强度和弹性模量比室温条件下分别提高了39MPa、72MPa和12.19GPa。     

选择性激光烧结PS/GF复合粉末拉伸强度工艺参数优化实验研究

针对选择性激光烧结工艺中PS粉烧结件强度较低的问题,将PS粉和GF粉按照9∶1的质量比进行机械混合,制备出PS/GF复合粉末。利用正交试验研究预热温度、扫描速度、扫描间距等因素对PS/GF烧结件拉伸强度的影响。结果表明:复合粉末平均粒径为82.66μm;各因素对拉伸强度的影响从大到小依次为扫描速度、预热温度、扫描间距。实验所得最佳工艺参数组合为预热温度85℃、扫描速度1400 mm/s、扫描间距0.26 mm,并以此条件进行烧结实验,得出PS/GF烧结件的拉伸强度为3.60 MPa,比纯PS粉烧结件的拉伸强度提高了10.77%,达到了增强改性的目的。     

增材制造600℃高温钛合金组织特征及力学性能研究

采用激光增材制造工艺在锻态Ti-6246合金上以不同线能量密度制备600℃高温钛合金（AM-Ti150），结合SEM、XRD及TEM等微观表征及拉伸性能实验，对其沉积层、界面结合区的组织特征以及力学性能进行分析研究，并探讨成形机理。结果表明：AM-Ti150合金沉积层的微观组织为α"马氏体组成的网篮组织，在本研究的线能量密度范围内，随着线能量密度的增大，AM-Ti150合金沉积层的缺陷减少，致密度增大，马氏体片层的宽度增大，室温及高温的抗拉强度和延伸率均增大；当线能量密度为90 J?mm-1时，AM-Ti150合金沉积层的致密度为99.67%，试样室温抗拉强度和延伸率分别为1075 MPa和4.7 %，高温抗拉强度和延伸率分别为808.7 MPa和14.3 %；界面结合区的Ti-6246合金受热源影响形成从上至下不同的非均匀组织，上部由于Al和Mo元素扩散不充分而形成阴影结构，随着线能量密度的增大，Al和Mo元素扩散逐渐充分，阴影结构尺寸减小。