铝和铝合金晶粒细化剂(A1TiC)产业化开发

介绍了A1TiC晶粒细化剂的发现、发展以及它较好的性能;昆明冶金研究院产业化开发的项目来源、依据、目标,已经开展的工作;以自行研制的A1TiC在数家铝厂的实际应用结果以及产品市场经济分析,说明了该工作最终产业化完成后良好的经济、社会效益前景。     

微量Mg、Si对A1TiC中间合金细化效果的促进作用

研究了微量的合金元素Mg和Si对A1TiC中间合金细化效果的影响。实验结果表明：微量的Mg和Si均能促进A1TiC中间合金对工业纯铝和6063合金等铝合金的晶粒细化作用；在细化温度相同的条件下，与Si相比，Mg 对A1TiC中间合金细化效果具有更大的促进作用；微量的Mg可以抑制A1TiC中间合金晶粒细化的“温度效应”；铝熔体中同时存在微量的Mg和Si时A1TiC中间合金的细化效果更好。初步探讨了这两种微量元素促进A1TiC中间合金细化效果的机理。     

TiC颗粒及其表面镀镍对H13钢烧结行为及组织与性能的影响

采用粉末冶金法制备H13钢(Steel 1)、TiC颗粒增强的钢基复合材料(Steel 2)以及Ni包覆TiC颗粒增强的钢基复合材料(Steel 3),研究TiC颗粒及其表面镀镍对H13钢的致密度、微观组织与形貌、以及力学性能的影响,并通过烧结动力学方程研究TiC颗粒及颗粒表面镀镍对材料力学性能的影响机理。结果表明:在1400℃温度下,随烧结时间延长,3种材料的致密度均增加,而在相同的烧结时间下,钢的密度为ρ(Steel 1)ρ(Steel 3)ρ(Steel 2)。在1 400℃/2 h条件下烧结的Steel 1的致密度为97.27%,抗拉强度达到1 069 MPa;添加TiC颗粒增强相后,材料的致密度、抗拉强度、伸长率和冲击韧性都下降,但TiC表面镀镍后,材料的致密度及力学性能均得到改善。孔隙率、增强颗粒分布以及颗粒与基体的界面状况不同,是导致3组材料力学性能差异的主要原因。     

激光熔覆Fe基TiC涂层的组织与性能

采用激光熔覆方法在45#钢基体上制备含TiC质量分数为20%~50%的Fe基TiC复合涂层。分别用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X线衍射(XRD)、显微硬度计、摩擦磨损机对熔覆层的微观组织、物相、硬度及耐磨性进行研究。结果表明:当TiC质量分数为30%时,涂层组织致密,TiC颗粒分布均匀、部分溶解、尺寸减小;涂层主要是由α-Fe固溶体,Fe C,Fe B,B4C,B4Si,Cr5B3,Ti B以及未溶解的TiC等组成;当TiC质量分数为30%时,熔覆层平均维氏硬度为783.8,磨损率为45#钢基体的1/38。     

熔盐辅助法制备碳化钛材料的研究进展

近年来,在熔盐辅助法制备TiC材料方面已取得一定研究成果,已采用熔盐辅助法制备出不同粒度、形貌各异及纯度不同的TiC粉体、TiC涂层和TiC纤维等。本文在归纳总结熔盐辅助碳热还原法、熔盐辅助电化学法、熔盐辅助金属热还原法、熔盐辅助直接碳化法以及熔盐辅助微波合成法制备TiC材料的工艺、原理、产物纯度、形貌及其优缺点等基础上,对未来在杂质去除、提高TiC纯度、调控TiC形貌等方面的研究进行了展望,期望为高质量TiC材料的制备提供技术参考。      

不同碳源TiC/Ti复合材料的微组织及力学性能

采用原位熔铸法制备了不同TiC添加量以及不同碳源(C粉末、C纳米管和C纤维)的TiC/Ti复合材料,研究了TiC添加量和碳源种类对铸态和锻态TiC/Ti复合材料显微组织的影响,并对不同碳源制备的铸态和锻态复合材料进行了断裂韧性和室温压缩实验。结果发现,TiC/Ti复合材料主要由α-Ti和TiC组成;α片层宽度随着TiC体积分数的增加逐渐下降,TiC呈条状或片状。经过锻造,α片层扭折,TiC呈近等轴状。在引入的碳源中,添加C粉末作为原位反应碳源制备的铸态TiC/Ti复合材料的断裂韧性最高,C纳米管次之,碳纤维最低;室温抗压压缩强度和屈服强度的大小与断裂韧性趋势相反。经过锻造,断裂韧性整体下降;室温抗压强度和屈服强度整体提高。     

固-液球磨法制备纳米TiC锂电池负极骨架材料及其电化学性能

对纯钛粉和甲苯进行混合高能球磨,得到TiC粉体,粉体经750℃/1 h煅烧和二次球磨后,制成锂离子电池负极。对TiC粉末的物相组成与显微形貌进行分析与观察,测试TiC负极材料的充放电循环性能。结果表明,一次球磨后的产物中存在部分TiH2和WC杂质,通过真空煅烧及二次球磨处理可去除TiH_2杂质,并细化TiC晶粒尺寸,得到晶粒尺寸为12.5 nm的TiC粉体。TiC锂电池负极在长循环放电过程中放电比容量稳定,在电流密度为1 A/g下循环3 000次时放电比容量仍保持在110 (mA·h)/g。研究结果显示TiC具有优异的长循环性能,可作为Si负极材料的骨架材料。     

钛微合金化钢中钛的相分析研究

试验确定了析出相中细粒TiC、粗粒TiC和TiN的分离定量法,这种细粒相重量分数的平方根值与钢样析出强度呈线性关系。由电子衍射鉴定这种细粒相是TiC,并用X射线小角散射和电镜考察了它的粒度。其平均直径为200～300A。根据定量相分析结果可以判断:钢中TiN是在高于1200℃就形成的,它的数量不受通常热处理的影响;粗粒TiC在高温轧、正火或低温轧时均为主量析出相,细粒TiC主要在低温轧及冷却过程中形成。     

不同碳源TiC/Ti复合材料的显微组织及力学性能

采用原位熔铸法制备了不同TiC添加量以及不同碳源(碳粉末、碳纤维和碳纳米管)的TiC/Ti复合材料,研究了TiC添加量和碳源种类对铸态和锻态TiC/Ti复合材料显微组织的影响,并对不同碳源制备的铸态和锻态复合材料进行了断裂韧性和室温压缩性能测试。结果发现,TiC/Ti复合材料主要由α-Ti和TiC组成;α片层宽度随着TiC体积分数的增加逐渐下降,TiC呈条状或片状。经过锻造,TiC呈近等轴状,α片层进一步细化。以碳粉末作为原位反应碳源制备的铸态TiC/Ti复合材料,断裂韧性较高,以碳纤维和碳纳米管作为碳源时,断裂韧性较低;以不同碳源制备的铸态复合材料,室温抗压强度和屈服强度无明显差异。     

碳化钛掺杂的铁基复合涂层的制备及其耐磨性能研究

采用“ 喷雾造粒 + 等离子球化” 复合工艺, 成功制备了环境友好且价格低廉的 TiC/316L 复合粉末, 并 采用超音速火焰喷涂工艺沉积了复合涂层。 利用扫描电镜、 维氏硬度计、 往复式摩擦磨损仪表征了该复合粉末 及涂层的微观结构、 力学性能及耐磨性能。 结果表明, 新工艺制备的 TiC/316L 金属陶瓷复合粉末具有高球形 度、 高致密及陶瓷相分布均匀的特点, 可直接应用于热喷涂。 TiC/316L 复合涂层的孔隙率为 0.75%, 硬度为 860 HV0.3, 磨损率为 5× 10-5 mm3N-1m-1; 相比于 316 L 不锈钢涂层, 上述指标均大幅提升。 其原因在于： (1) TiC 掺杂 改善了铁基粉末的熔化程度, 大幅提升粉末的扁平化率; (2) TiC 陶瓷相沉积时表现出喷丸效应, 进一步致密化 涂层; (3) TiC 掺杂抑制了复合涂层的层状剥落。     

HRB500E抗震钢筋中钛化物析出热力学分析

 钢液凝固过程中钛化物在液相、固相的存在形态对固相组织的性能有着重要的影响,其第二相析出起到细化晶粒的作用。为分析HRB500E抗震钢筋钢中TiN、TiC、Ti(C,N)析出物的析出规律,对TiN、TiC、Ti(C,N)析出物进行热力学计算。结果表明,TiN、TiC在钢液成分均质状态下难以析出,TiC_0.19N_0.81在温度为1 843 K时析出;在凝固过程中,由于Ti、N在凝固前沿富集,TiN在凝固过程中具备析出的热力学条件,析出温度为1 745 K;在固相奥氏体中,TiN和TiC粒子具备析出热力学条件,TiC析出温度比TiN的低,铁素体中有TiC的析出。     

反应热压制备FeAl/TiC复合材料

采用混合粉热压工艺制备了FcAl/TiC复合材料。研究了TiC含量、粘结相成分以及反应热压工艺对致密化过程和力学性能的影响。研究结果表明:复合材料的密度随TiC含量增加而减小;硬度和抗弯强度随TiC体积分数增加而出现峰值,增加Al含量有利于致密化,但因引入过多的氧化夹杂和热空位会导致力学性能降低;热压温度和压力等工艺参数也对材料的性能有影响。     

Al2O3/AlTiC/ZrO2/透辉石陶瓷材料的力学性能及微观结构

将金属Al、Al3Ti和TiC以AlTiC中间合金的形式以及ZrO2颗粒共同引入Al2O3基体材料中,热压制备了Al2O3/TiC/ZrO2/AlN复合材料.在此基础上,添加(体积分数)1%透辉石作为烧结助剂,以实现复合材料的液相烧结并促进其致密化程度.复合材料在烧结过程中有新相AlN生成;同时Al、TiC以及Al3Ti释放的Ti原子发生原子重组生成Al2Ti4C.对热压后材料的硬度、断裂韧度和抗弯强度进行了测试和分析;探讨了透辉石对材料致密化程度及力学性能的影响效果;研究了复合材料断面断裂方式的变化对其力学性能的影响;并对AlTiC中间合金的细化特性进行了分析.     

AlN-TiC复相陶瓷导热性能的研究

采用热压烧结工艺制备了AlN-TiC复相陶瓷。通过XRD、SEM和激光导热仪研究了TiC含量和烧结温度对复相陶瓷导热性能的影响,并对A1N-TiC的相组成和显微结构进行了观察分析。结果表明,随着TiC质量分数增至50%时,热导率由102.9W/(m·K)下降到46.6W/(m·K);在TiC含量为10%时,随着温度的升高,热导率从59.8W/(m·K)增加到83.6W/(m·K)。     

薄板坯连铸连轧流程Ti微合金钢含Ti析出物的研究

考察了薄板坯连铸连轧流程Ti微合金钢中TiN、TiC和TiCN粒子的形貌和分布位置,探讨了其析出过程以及沉淀强化的作用,指出:(1)钢中存在TiN粒子尺寸为数百纳米以上;(2)纳米尺寸的TiC析出物在铁素体基体上分布,从体积分数和粒子尺寸考虑可起到显著的沉淀强化作用.     

TiC含量对TiC/Cu复合材料组织与性能的影响

采用粉末冶金法制备了TiC/Cu复合材料,研究不同TiC含量对TiC/Cu复合材料组织与拉伸性能的影响,并利用扫描电镜、金相显微镜等对样品的表面形貌和拉伸断口形貌进行分析。结果表明,TiC与基体结合紧密且在基体中分布均匀;随着增强相TiC含量的增加,TiC/Cu复合材料的抗拉强度先增大后降低;TiC的加入明显阻碍了基体晶粒长大;当TiC质量分数为2%时,强化效果较好,TiC/Cu复合材料的塑性较好。     

SiC—TiC复相陶瓷的热等静压改性

本文通过对具有不同烧结密度的热压SiC—TiC复相陶瓷在氮气氛中进行热等静压后处理,从理论上(依据热力学数据)分析了闭合SiC—TiC复相陶瓷开孔孔隙的可能性,并用实验予以证实;同时,还研究和讨论了热等静压后处理工艺对陶瓷烧结体某些物理和力学性能(密度、强度和断裂韧性)以及氧化行为的影响。实验结果表明:SiC和TiC在高的氮气压力和温度下,可以分别氮化成Si_3N_4和TiN;对于预烧结相对密度约为95％的热压SiC—TiC复相陶瓷,在200MPa氮气压力下于1850℃氮化1小时后,室温强度由345MPa提高到686MPa,断裂韧性高达7.9MPa·m~(1/2),其抗氧化性能也有明显改善。     

Ti(C,N)基硬质合金中的润湿性研究

本文主要研究内容包括如下几个方面,粘结相Ni-Co(Ni:Co=1:1,质量比,下同)与不同N/C比的硬质相Ti(C,N)(TiN/(TiC+TiN)=0.1,0.3,0.5,0.7,0.9)之间的润湿规律;粘结相Ni-Co-Mo,Ni-Co-Mo-Ta,Ni-Co-Mo-C与硬质相Ti(C,N)之间的润湿情况;以及在Ti(C,N)硬质相中添加TaC,NbC等对润湿性的影响。研究表明,当硬质相中TiN/(TiC+TiN)<0.5时宜采用Ni-Co作粘结相,而当TiN/(TiC+TiN)≥0.5时,则应选择Ni-Co-Mo-C作粘结相更适合。     

基于有限元方法的硬质合金TiCN梯度涂层的热应力分析

采用有限元方法分析硬质合金TiCN梯度涂层的热应力缓和机制,比较了单层TiC、TiN涂层和TiC/TiCN/TiN梯度复合涂层对热应力场的影响。计算表明:单层的TiN涂层表面应力最大,为1728MPa;单层的TiC涂层应力最小,为1067MPa;在TiN和TiC之间增加TiCN过渡层时,应力减小为1 674 MPa;只有TiC/TiCN时,应力减小幅度最大,只有1352MPa。TiCN层内应力梯度非常明显,其中等效应力最大值出现在边角上,为3148MPa。因此,热裂纹应从刀片边缘开始,与实验结果吻合较好。     

TiC对自蔓延高温合成Ti3AlC2相的影响

以Ti、Al和C粉末为原料的自蔓延高温合成试验研究结果表明:在n(Ti)∶n(Al)∶n(C)=2∶1∶1体系中,未添加TiC时,合成产物中有大量的杂相Ti2AlC生成;当添加≤22.5%(原子数分数)TiC时,合成产物中TiC的含量减少,Ti3AlC2的含量显著增多,Ti2AlC杂质相消失;添加＞22.5%(原子数分...