TiB_2晶须的自蔓延高温合成及其生长机理

以Mg、B2O3、TiO2为原料,Cu2O为添加剂,采用自蔓延高温合成法制备TiB2粉体。研究添加剂Cu2O含量对TiB2晶体形态的影响,讨论TiB2晶须的生长机理。采用XRD、SEM分析合成产物的物相组成及微观形貌。结果表明:加入4%的Cu2O可生成大量高长径比的TiB2晶须,TiB2晶须的生长机制属于气-液-固(V-L-S)机制;首先Cu2O在高温下分解生成O2和Cu,O2向外喷射时形成的孔道为TiB2晶须的生长提供空间条件,自蔓延反应产生的高温为其提供能量条件,熔融态的Cu作为催化剂,与Ti形成以反应生成的TiB2为衬底的合金液滴,然后通过不断吸收Ti原子和B原子,使TiB2形核并定向生长,最终形成TiB2晶须。     

钛合金固相渗硼-稀土渗硼机理研究

表面强化处理可以大幅提升钛合金的耐磨性， 也有利于钛合金在高温环境中应用。 钛合金高温固相渗硼是 重要的表面强化方式， 添加稀土提高渗硼效率是重要技术手段。 为深入研究稀土的渗硼催化机制， 本文开展了 900~1050℃渗硼试验， 重点分析了渗硼剂在试验后的相组成变化。 结果表明， 稀土可通过与硼源、 氧发生化学反 应， 生成熔点较低的稀土硼酸盐。 本文对该硼酸盐发挥的作用进行了解释， 论述了稀土在渗硼反应过程中的作用。 经过渗硼的钛合金表面形成了 TiB/TiB2 双相渗层， 显微组织分析表明该渗层与基材结合紧密、 无孔洞缺陷。 本文 还对渗硼钛合金的拉伸性能、 表面摩擦系数、 维氏硬度、 高温洛氏硬度、 结合力等基础力学性能进行了测试， 结 果表明， 渗硼钛合金具有优良的综合力学性能。     

Al-5Ti-1B合金的有效形核相与晶粒细化机制

Al-5Ti-1B合金是铝及铝合金的高效晶粒细化剂,可显著改善铝及铝合金的加工性能,提高铝材的质量,但Al-5Ti-1B合金对纯铝及铝合金的晶粒细化机制目前尚未研究清楚。本文分别采用Al-5Ti-1B,Al-10Ti,Al-4B合金和TiB2粉末对纯铝进行细化实验,通过比较TiAl3,TiB2和AlB2对铝晶粒的细化作用,利用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜和透射电子显微镜,研究了Al-5Ti-1B合金的有效形核相和晶粒细化机制。结果表明,TiAl3是铝晶粒的有效异质形核相,但Al-5Ti-1B合金中的TiAl3因在铝熔体中会熔化而不是铝晶粒的直接形核相。单独的AlB2和TiB2都不是铝晶粒的有效异质形核相,但TiB2通过表面包覆TiAl3后可成为铝晶粒的有效异质形核相。Al-5Ti-1B合金细化铝晶粒的机制为:TiAl3熔解于铝熔体中释放Ti原子,一部分Ti原子通过浓度起伏形成TiAl3,TiAl3再与铝熔体发生包晶转变生成α-Al晶粒直接起到晶粒细化作用。剩余Ti原子在TiB2表面偏聚形成TiAl3,TiAl3再与铝熔体发生包晶转变生成α-Al晶粒起到晶粒细化作用。     

金属钛（B4C＋KBF4＋SiC）固体硼化

为提高钛金属的硬度,增加其耐磨性能,将金属钛埋在B4C含量分别为5%和10%的B4C＋KBF4＋SiC硼化剂中,加热到950℃进行固体硼化,研究不同组成比例的硼化剂对硼化层的影响;在B4C含量为10%的条件下,分别加热到950℃和1 000℃进行固体硼化,研究不同温度对硼化层的影响。XRD测定的硼化层表面物相结构结果表明,钛金属表面的硼化层主要由TiB组成,晶体在200晶面择优取向。固体硼化结果的热力学分析认为,在硼势不足的固体硼化条件下,活性硼原子先和金属钛原子生成TiB,而不是生成TiB2。     

绝热温度对超重力场燃烧合成TiC-TiB2组织及性能的影响

通过在(Ti+B4C)体系中引入相应含量的(CrO3+Al)高能铝热剂,采用超重力场燃烧合成,在不同绝热温度下制备出具有不同含量Cr基合金相的TiC-TiB2复合陶瓷。XRD、FESEM和EDS分析表明,TiC-TiB2复合陶瓷主要由TiB2片晶与不规则的TiC晶粒组成,少量的Al2O3夹杂颗粒孤立地分布于陶瓷基体上,而Cr基合金相则分布于TiB2片晶与不规则TiC晶粒周围。增加燃烧合成绝热温度,因增加了陶瓷熔体中的Cr基合金相含量,不仅促进陶瓷致密化,而且促使陶瓷凝固组织细化,使得TiB2片晶诱发的裂纹偏转、裂纹桥接、片晶拔出及Cr基合金相所引起的延性相增韧随之增强,进而使陶瓷断裂韧度与抗弯强度增大。     

Ce对热浸镀铝HP40Nb钢氧化行为及组织的影响研究

通过SEM,EDS和XRD研究了Ce对HP40Nb热浸镀铝层组织结构和高温抗氧化性能的影响.结果表明,热浸镀过程中添加质量分数1％Ce促进了镀层外层中Fe2Al5和Fe4Al3Ce相的生成,抑制了内层Fe2Al5相长大;在1 000 ℃/4 h扩散处理过程中,Ce促进了γ向α相的转变以及α相中Ni3Al相的析出,并在渗层内层中生成富Ce相;800C/360 h氧化后,Ce促使渗层外层生成少量Fe2Al5和Cr3Si相,并使渗层外层组织均匀致密;1000℃/360 h氧化后,Ce促使α相长大导致渗层中生成大量的σ相.800℃氧化实验发现1％Ce使渗层组织致密,提高了渗层高温抗氧化性;1 000℃氧化实验发现1％Ce促进了渗层中σ相的生成,阻碍了Al原子的内扩散,保证了氧化过程中渗层表面生成α - Al2O3所需铝含量.     

SiC纤维增强Ti/Ti_2AlNb叠层复合材料制备及界面行为研究

以SiC纤维、Ti箔、Ti_2AlNb箔为原材料,采用箔-纤维-箔方法,通过真空热压技术制备了SiCf/Ti/Ti_2AlNb叠层复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对复合材料相组成和微观组织进行了分析。结果表明,当真空热制造参数为920℃/40 MPa/30 min时,SiC纤维与韧性金属Ti实现良好冶金结合,界面反应产物主要为TiC,界面反应层厚度为0.8μm,C涂层厚度为1.3μm;韧性金属Ti层与金属间化合物Ti_2AlNb层通过Ti,Al,Nb 3种元素相互扩散方式形成固相扩散连接,界面平直,复合材料呈现出理想叠层结构。制备态的SiCf/Ti/Ti_2AlNb叠层复合材料主要由α-Ti,β-Ti,SiC,TiC,O相和B2相构成。在Ti与Ti_2AlNb固相扩散连接过程中,由于Al原子的扩散速率大于Nb原子,且Al是α稳定元素,Nb是β稳定元素,从而导致在Ti/Ti_2AlNb界面区域依次形成α+β双相组织和富B2相。在真空热压实验中,韧性金属Ti层与金属间化合物Ti_2AlNb层固相扩散连接过程依次为:物理接触/α+β双相区形成/富B2相区形成/富B2相区增厚。     

绝热燃烧温度对TiC-TiB2复合陶瓷物相及组织的影响

以B4C粉、Ti粉、CrO3粉以及Al粉为原料,采用超重力下自挤压辅助燃烧合成技术,以快速凝固方式制备出不同绝热燃烧温度的TiC-TiB2复合陶瓷.XRD、FESEM与EDS结果表明,TiC-TiB2复合陶瓷基体主要由片状的TiB2晶粒构成,同时在TiB2基体间还分布着少量不规则的TiC,(Ti,Cr,Al)C1-x及Al2O3残余夹杂物.随着绝热燃烧温度的升高,Al2O3的含量先减少后增加,(Ti,Cr,Al) C1-x的含量逐渐增加,TiB2与TiC的含量基本不变.     

原位合成TiB2对B4C/2024Al合金复合材料组织与力学性能的影响

在B4C粉末中加入5%高纯TiO2,经过压制和烧结制备B4C-TiB2陶瓷预制体,然后在氩气气氛中1 200℃下浸渗2024铝合金制得B4C-TiB2/Al合金复合材料。对该复合材料进行力学性能测试、X射线衍射分析、显微组织观察和断口分析。结果表明:该复合材料主要由B4C,Al,Al3BC和AlB2相组成,原位合成的TiB2使B4C/Al合金复合材料的抗弯强度和断裂韧性显著提高,分别达到361 MPa和7.49 MPa m1/2,增幅分别为14.6%和11.5%,但密度变化很小。原位合成TiB2使B4C/Al合金复合材料的抗弯强度和断裂韧性提高主要来源于金属铝塑性变形的裂纹桥接机制、TiB2细化晶粒及微裂纹引起的主裂纹偏转分叉机制。     

稀土元素的添加对原位生成的Ti-TiC-TiB复合材料抗磨损性能的影响

采用Ti 6Al 4V 5B4C和Ti 6Al 4V 5B4C 1Nd 两种成分的原始粉末, 反应热压后原位生成了Ti TiC TiB复合材料。经过X射线检测, 证明了试验中原位生成反应5Ti+B4C 4TiB+TiC的进行。采用摩擦磨损试验机检测了两种材料的抗磨损性能。通过扫描电子显微镜和电子探针分析了材料的磨损表面。结果表明, 添加稀土元素能提高材料的硬度, 韧性和抗磨损性能。     

Boriding of titanium OT4 from powder saturating media

The possibility of application of boriding media based on boron carbide—which additionally contain chromium, titanium, and silicon—for the diffusion hardening of titanium alloys is considered. Boriding in amorphous boron is performed for comparison. The microstructure, elemental composition, and phase composition of diffusion coatings on the OT4 titanium alloy formed by saturation in powder media are investigated. Hardening boride layers are formed on the titanium alloy form saturating media based on amorphous boron and multicomponent mixtures based on boron carbide. In all cases, the phase composition of the coating corresponds to phases TiB, Ti₂B₅, and Fe₂Ti. It is revealed that coatings from 30 to 150 μm thick are formed in conditions of the solid-phase saturation of titanium from powder mixtures due to the diffusion. Temperature-temporal conditions of formation of boride layers on OT4 titanium from powder saturating media are investigated and optimal modes for the formation of operable boride coatings are established. The optimal temperature range for processes of chemical-thermal boriding of titanium (900–1150°C) and saturation time (from 2.5 to 5 h) are determined. The maximal thickness of the operable boride coating on the OT4 titanium alloy is established, being from 180 μm in the case of saturation from B_amorph and up to 240 μm for the 50% B₄C + 20% SiC + 25% CrB₂ + 5% NaCl mixture at 950°C and saturation time of 4 h. Herewith, it should be noted that it was considered that the largest coating thickness is that retaining on the hardened sample surface.     

TiB whisker coating on titanium surfaces by solid-state diffusion: Synthesis,microstructure, and mechanical properties

The study demonstrates the feasibility of synthesizing TiB whiskers on titanium (Ti) surfaces by solid-state diffusion to form a hard and wear-resistant coating. The microstructural and mechanical properties of the TiB coating layer have also been investigated. The TiB coating was formed by the solid-state diffusion of boron (B) from a powder mixture containing amorphous boron, Na₂CO₃ powder, and charcoal (activated) powder. The diffusion process was carried out at various temperatures ranging from 800 °C to 1000 °C for various periods of time ranging from 1 to 24 hours. The amount of Na₂CO₃ in the mixture was also varied. It has been found that pristine and extremely fine TiB whiskers form on the surfaces of titanium, with the whiskers growing more or less normal to the surface. A maximum coating thickness of about 218 μm was observed for the pack diffusion conditions at 850 °C for 24 hours with 15 pct Na₂CO₃. The kinetics of TiB formation was found to follow the growth rates in bulk composites. The X-ray diffraction (XRD) patterns of the coatings revealed the dominant TiB peaks with a very few TiB₂ peaks, with small intensity at higher temperature and time. The surface hardness of the coated layer increased to a Vickers hardness of about 550 kgf/mm² due to the presence of TiB whiskers in the coating. It is shown that pack diffusion of boron in the solid state is a simple and very effective means of generating hard and wear-resistant coatings on titanium.     

渗硼剂粒径对钛合金渗硼层组织和性能的影响

采用不同粒径的碳化硼作为硼源,以氧化铈作为催渗剂,在非惰性气氛保护下对TC4钛合金表面进行固体渗硼。利用场发射扫描电镜(FESEM)、背散射电子成像(EBSD)、X射线衍射(XRD)、UMT摩擦磨损试验机对渗硼层的微观组织结构和摩擦学性能进行研究。结果表明,TC4钛合金表面渗硼层为双相硼化物;随着碳化硼粒径的增加,Ti B层厚度与渗层总厚度减少,渗层硬度约为60(HR30N),硼化物层摩擦系数约为0.2,碳化硼的杂质组成对渗层有较大影响。     

料浆法制备NiCrW基高温合金Al-Si涂层的微观结构与性能

航空发动机涡轮叶片在使用时需加以涂层防护,以提高基体合金的抗高温氧化性能。本研究采用料浆渗铝的制备工艺,以CaCl₂作为活化剂,在NiCrW基高温合金表面制备Al-Si涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)对涂层试样的表面和截面进行分析。结果表明,聚乙烯醇水溶液可作为料浆法制备渗铝/铝硅涂层的有效黏结剂;高温扩散的温度和时间显著影响渗铝涂层的厚度。渗剂成分为5%Si+30%Al(质量分数),制备得到的共渗涂层由外而内依次为富Al层、NiAl层和含Si过渡层三部分,涂层致密无明显缺陷,厚度约为57μm。10%Si+25%Al、15%Si+20%Al与20%Si+15%Al共渗涂层由外而内分为富Al层、富Ni层和含Si过渡层三层。Si元素主要以含Si的沉积相形式存在于含Si过渡层中,少量沉积于外层。而Si的少量添加能明显影响Al、Ni元素的扩散过程,从而减小涂层厚度,并由单一NiAl相向富Al、富Ni的镍铝相转变。     

Microstructural Modification and property improvement of boride/Ti-6Al-4V surface-alloyed materials fabricated by high-energy electron-beam irradiation

The present study is concerned with the fabrication and microstructural analysis of boride/Ti-6Al-4V surface-alloyed materials using the irradiation of a high-energy electron beam. Mixtures of TiB₂ or MoB powders and CaF₂ flux were placed on a Ti-6Al-4V alloy substrate and subsequently irradiated using a high-energy electron beam. Specimens processed with a flux mixing ratio of 40 wt pct showed that the melted region of 1.1 to 1.5 mm in thickness was homogeneously formed without defects and contained a large amount of titanium borides (TiB). The formation of TiB in the melted region greatly improved the Vickers hardness, high-temperature Vickers hardness, and wear resistance to levels 2 or 3 three times higher than the those for the Ti alloy substrate. Also, the addition of MoB powders into the mixtures made possible the fabrication of surface-alloyed materials with various properties by controlling the kind, size, and volume fraction of TiB and the characteristics of the matrix. These findings suggested that surface alloying using high-energy electron-beam irradiation was economical and useful for the development of boride/Ti-6Al-4V surface-alloyed materials with improved properties.     

基于激光熔覆TiC/TiB2的钛合金表面组织及性能研究

在钛合金表面激光熔覆制备TiC/TiB₂复合涂层,分别采用SEM、显微硬度计和摩擦磨损设备分析了TiB₂+15%TiC复合涂层的微观组织和硬度、摩擦磨损性能。实验结果表明：涂层上部组织主要由粗大的TiB₂树枝晶和少量白色颗粒状的TiC/TiB共晶组织组成,涂层中部组织主要由棒状型、细针状型的TiB₂相和小块状的TiC相组成,涂层下部则由树枝型、块状TiB₂相、较大的片状TiC相和少量的小层片状金属间化合物TiAl组成。由测试结果可知,涂层硬度(960HV_0.2)约为基体的(350HV_0.2)的2.7倍。涂层的耐磨性能显著提高,涂层出现较少的剥落、细小磨痕和颗粒碎屑,基体表面主要是犁沟式的磨损。涂层的磨损量为1.132 mg是基体(5.342 mg)的20%。     

硼对TC4／B钛合金铸造组织与性能的影响

采用熔铸工艺法制备了含B量为0．2％-1．0％的TC4／B钛合金,分析并测试了合金的铸态组织和力学性能。研究结果表明：TiB相提高了TC4／B钛合金铸棒的弹性模量,B元素添加量为0．2％～1．0％范围内,合金弹性模量提高15％～30％;显微组织由片层α、晶界β及第二相（TiB）组成,第二相（TiB）聚集在卢晶界上呈链状分布,随B含量增加,显微组织细化效果越明显。由拉伸断口分析可知,随着B含量增加合金由典型的延性沿晶断裂向混合型断裂转变。