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。     

激光辅助低压冷喷涂Cu涂层微观结构及导热性能

针对Cu材料修复需求,采用激光辅助低压冷喷涂技术(Low pressure cold spray, LPCS)在铜基体表面制备Cu涂层,研究了不同激光辐照功率对LPCS-Cu涂层微观结构及性能的影响。结果表明：LPCS-Cu涂层的孔隙率为1.23%,平均显微硬度为124.0 HV0.2,热导率为66.2 W/(m·K),涂层/基体界面结合处存在明显缝隙。随着激光辐照功率的增大,LPCS-Cu涂层的表面趋于平整,孔隙率最低可达0.3%,平均显微硬度可达143.4 HV0.2,热导率可达170.2 W/(m·K),且涂层与基体界面结合良好,无明显缝隙。这是由于激光辐照提高了沉积颗粒和基体的塑性变形能力,促进了沉积颗粒之间以及沉积颗粒与基体之间的相互结合,使涂层具有较好的致密性和界面结合,表现出较优的导热性能。     

冷喷涂IN718涂层组织及性能研究

目的 针对Ti6Al4V耐磨性能较差的问题,利用高压冷喷涂技术在Ti6Al4V基体表面以不同的工艺参数制备了IN718涂层,为在Ti6Al4V基体表面制备高性能IN718涂层提供基础理论依据。方法 采用光学显微镜和扫描电子显微镜对涂层组织、断口形貌进行观察分析,以便更好地了解不同的工艺参数和工作气体类型(He/N₂)对IN718涂层组织形貌、力学性能和摩擦磨损性能的影响。结果 以N₂为推进气体制备的IN718涂层,其结合强度为115 MPa,硬度为557HV0.3,孔隙率约为0.24%,涂层磨损率为5.34×10^–4 mm³/(N·m);以He为推进气体制备的IN718涂层,其结合强度可高达256 MPa,是以N₂为推进气体制备涂层的2倍多,硬度为602HV0.3,明显高于以N₂为推进气体制备的涂层,涂层孔隙率和缺陷明显减少,孔隙率测试结果约为0.1%,涂层更加耐磨,磨损率为3.51×10^–4 mm³/(N·m)...     

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。     

粉末结构对反应超音速喷涂涂层组织影响的热力学分析

利用团聚和非团聚Ti—C—Ni粉末在超音速火焰喷涂中分别得到含有不同成分的涂层。根据热力学原理,对团聚和非团聚Ti—C—Ni粉末在反应超音速火焰喷涂过程中的热力学进行分析。结果表明：非团聚粉末分散在火焰焰流中,主反应是Ti O2=TiO2;而团聚粉末在喷涂过程中能够满足发生自蔓延反应Ti C=TiC的条件,可以原位合成得到了含有TiC的涂层。试验结果表明：试验结果与热力学分析基本吻合。     

冷喷涂Ta涂层组织及腐蚀性能

利用冷喷涂技术在316L不锈钢表面制备Ta涂层.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)对涂层的相结构和微观组织进行了分析,通过显微硬度计和万能力学试验机测定涂层的显微硬度和结合强度;采用电化学试验机测试了涂层和不锈钢基体的腐蚀性能.结果表明:涂层微观组织均匀致密,孔隙率为0.5％;涂层与基体结合良好,结合强度为60 MPa;涂层平均显微硬度为256 HV0.3;Ta涂层的自腐蚀电位(-0.25V)略低于316L不锈钢块体(-0.13 V),自腐蚀电流密度(2.16× 10-7A/cm2)比316L不锈钢(4.83×10-7A/cm2)降低了一倍,钝化电位及钝化电流分别为-0.06 V和1.05× 10-4A/cm2,具有很宽的钝化区,能够有效保护316L基体.     

喷涂距离对冷喷涂Al涂层性能的影响

采用冷喷涂法制备Al涂层,测定所获涂层的沉积率、显微硬度,并分析涂层与基体的结合情况,研究了喷涂距离对Al涂层的影响。结果表明,喷涂距离为30 mm时涂层的沉积率及显微硬度较高,与基体结合效果较好,而其他距离下涂层性能劣化的原因为颗粒下降速度不稳或发生粒子散射。     

Cu过渡层对冷喷涂CuCrZr涂层性能的影响

目的 针对冷喷涂CuCrZr涂层与CuCrZr板材在界面处的开裂问题,采用Cu涂层为过渡层,并探究Cu 过渡层对 CuCrZr 涂层组织及性能的影响.方法 采用高压氮气为工作气体,使用冷喷涂技术在 CuCrZr基板上先制备一层Cu涂层打底,再继续喷涂多层CuCrZr涂层.通过金相显微镜、扫描电镜、显微硬度仪和激光热导仪,对涂层的组织和性能进行表征.结果 Cu+CuCrZr涂层与基板界面结合良好,涂层的孔隙率约为 0.624%,CuCrZr颗粒的扁平率为(43.62±4.54)%.Cu涂层的平均硬度约为 153HV,冷喷涂 CuCrZr涂层的平均硬度约为173HV.采用Cu涂层打底获得的CuCrZr涂层的热导率随温度的升高而升高,在 500℃时与基体相当.结论 Cu过渡层促进颗粒与基体之间发生良好结合,有效防止CuCrZr涂层与CuCrZr板材开裂.采用Cu+CuCrZr涂层能满足CuCrZr结晶器力学与导热性能的要求.     

冷喷涂Ni涂层的微观组织

采用SEM和TEM对冷喷涂Ni涂层的微观组织进行表征.结果表明:在粒子尺寸范围内,Ni涂层的微观组织有明显差异:粒子界面处,微观组织以带状晶和等轴晶为主;界面附近以位错墙、位错缠结形貌为主,且距离界面越近,晶粒细化越明显;两区域对应的组织演变机制分别是高应变速率动态再结晶机制和位错运动导致的晶粒细化机制.     

退火热处理对低压冷喷涂Cu-Zn复合涂层性能的影响

以Cu-Zn混合粉末作为喷涂粉体,采用低压冷喷涂技术在1Cr13基体上制备Cu-Zn复合涂层,在不同退火温度下对复合涂层进行退火热处理,然后测试涂层的力学性能。利用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、显微硬度仪等对退火热处理前后复合涂层进行微观形貌观察和硬度测试。结果表明:铜锌复合涂层结构致密,涂层与基体结合紧密;铜锌复合涂层在200～300℃间退火时,涂层中金属颗粒间界面明显,涂层内部形成β(CuZn)、γ(Cu_5Zn_8)等金属间化合物。退火温度为200℃时,铜锌复合涂层的硬度(HV_(0.2))达到最高(1578 MPa),结合强度达到最低(7.5 MPa);铜锌复合涂层在350～450℃间退火时,涂层中金属颗粒间部分界面不明显;当退火温度为450℃时,铜锌复合涂层硬度达到最低(1024 MPa),结合强度达到最高(13.9 MPa)。     

Fe基手工自蔓延焊接接头的组织和性能

针对手工自蔓延焊接接头力学性能低的问题,以CuO+Al和Fe2O3+Al等高热剂反应为放热源,通过添加铁合金材料,开发了一种新型Fe基手工自蔓延焊接材料,研究其焊缝的组织形貌及性能.结果表明,实现了手工自蔓延焊接接头的熔焊连接,焊缝成形良好;熔池凝固过程中发生Cu-Fe合金的液相分离,焊缝金属呈现出富Fe相和富Cu相明显分离的宏观偏析凝固组织,富Fe相填满焊缝间隙;接头的抗拉强度达520MPa,冲击韧度32.1 J/cm2,表面硬度可达360 HB,满足金属零部件野外应急维修需要.     

FASHS技术制备TiB2+Ni/Ni3Al/405不锈钢梯度材料

采用电场激活自蔓延高温合成(FASHS)技术制备了TiB2 Ni/Ni3Al/405不锈钢梯度材料.试验中首先将镍粉和铝粉球磨处理以促进燃烧反应发生,然后采用FASHS技术利用自蔓延燃烧反应热连接制备了TiB2 Ni/Ni3Al/405不锈钢梯度材料.用SEM和XRD分析了梯度材料各层的界面微观组织及相组成,用洛氏硬度计、显微硬度计及磨料磨损试验机分析了材料的力学性能、硬度及表面抗磨性.结果表明,金属陶瓷复合层、Ni3Al层和405不锈钢金属片间形成了可靠的冶金结合,金属陶瓷复合材料表面硬度为90HRA,材料的化学成分和显微硬度呈梯度分布,耐磨性优于20Cr渗碳钢.     

反应室沉积TiN／AlN复相陶瓷的研究

采用自蔓延高温合成与等离子喷涂相结合的方法在自制的反应室中沉积了TiN／AlN复相陶瓷。通过 XRD、SEM、TEM等手段对复相陶瓷进行了相分析、表面形貌及微观结构分析,结果表明,复相陶瓷主要由TiN和 AlN两相组成,但复相陶瓷粒子间的结合较差,没有明显的相界,TEM表明复相陶瓷有类似于羽毛状的形貌。     

High-velocity oxyfuel reactive spraying of mechanically alloyed Ni-Ti-C powders

Recently, there has been considerable interest in producing cermet coatings with nanoscale carbide grains in the size range 50 to 500 nm. In this article, the production of nanoscale TiC grains in a Ni-based alloy matrix by reactive high-velocity oxyfuel (HVOF) spraying of metastable Ni-Ti-C powder is reported. Mechanical alloying of a Ni(Cr) prealloyed powder and Ti and C elemental powders was performed in a planar-type ball mill, and materials were characterized in detail using x-ray diffraction (XRD) and scanning electron micros-copy (SEM). Phase changes were correlated with milling time and other processing conditions. Results show that, by the selection of appropriate conditions, a metastable Ni-Ti-C powder could be obtained with the nominal composition 50wt.%Ni-40wt.%Ti-10wt.%C. Following sieving and classification, powder was produced with a particle size range of −38 to 8 μm, which is suitable for HVOF spraying. Coatings, approximately 250 μm thick, were deposited by HVOF spraying onto mild steel substrates, and the microstructures formed were investigated. XRD showed that a self-propagating high-temperature synthesis (SHS) reaction had occurred in the powder particles during spraying and that the principal phases present in the coating were TiC and a Ni-rich solid solution; small quantities of NiTi, TiO₂, and NiTiO₃ were also present. SEM revealed that the coatings had a characteristic, splatlike morphology and that TiC formed as a nanoscale dispersion, with a size range of ∼50 to 200 nm, within solidified splats. The microstructures of these reactively sprayed Ni-TiC coatings are briefly compared with those observed in HVOF-sprayed coatings deposited using prereacted SHS powder. The original version of this paper was published as part of the ASM Proceedings, Thermal Spray 2003: Advancing the Science and Applying the Technology, International Thermal Spray Conference (Orlando, FL), May 5–8, 2003, Basil R. Marple and Christian Moreau, Ed., ASM International, 2003.     

喷丸强化316L不锈钢表面的摩擦磨损性能杨诗婷

采用金属材料表面纳米化试验机对316L不锈钢进行了喷丸强化处理,采用激光共聚焦显微镜观察了不同喷丸条件下材料表面的三维形貌,测量了材料表面的粗糙度;采用洛氏硬度计测量了喷丸强化后材料表面的硬度;采用材料表面性能综合测试仪测试了材料的摩擦性能;采用扫描电子显微镜观察了磨痕的表面磨损形貌。结果表明：对于机械抛光表面,弹丸直径越大,喷丸强化后材料表面粗糙度和摩擦因数越小,硬度越大;喷丸时间增加到30min,振动频率增加到50Hz时材料表面粗糙度明显减小;弹丸直径越大,喷丸时间和振动频率对摩擦因数的影响越大;喷丸时间和振动频率越大,耐磨性越强,磨粒粒径越小且越均匀。     

The Effect of Pressure on the Combustion Synthesis of a Functionally-Graded Material: TiB2-Al2O3-Al Ceramic- Metal Composite System

This article describes some recent research on the synthesis of functionally-graded materials (FGM using combustion synthesis or self- propagating high-temperature synthesis (SHS). A model ceramic-metal SHS system was investigated based on the reaction system: 3TiO₂ + 3B₂O₃ + (10 + x)Al = 3TiB₂ + 5Al₂O₂ + xAl in which x was varied between 0 and 17 to achieve the required composition and phase gradients in the FGM. The effects of combustion mode, reactant stoichiometry (xAl), green density, and applied loads on the stability of the SHS reaction and density of the FGM product are described.     

The Effects of Laser Peening and Shot Peening on Mechanical Properties in Friction Stir Welded 7075-T7351 Aluminum

Peening techniques like laser peening and shot peening were used to modify the surface of friction stir welded 7075-T7351 Aluminum Alloy specimens. The tensile coupons were machined such as the loading was applied in a direction perpendicular to the weld direction. The peening effects on the global and local mechanical properties through the different regions of the weld were characterized and assessed. The surface hardness levels resulting from various peening techniques were also investigated for both sides of the welds. Shot peening resulted in an increase to surface hardness levels, but no improvement was noticed on the mechanical properties. In contrast, mechanical properties were improved by laser peening when compared to the unpeened material.     

ZrB2陶瓷的制备和烧结

采用自蔓延高温合成(Self-propagating high-temperature synthesis,SHS)技术和热压烧结(Hot pressing,HP)方法分别研究了Zr-B2O3-Mg和ZrO2-B4C-C体系反应原料的粒度和配比以及烧结温度对产物的影响规律,并烧结得到ZrB2陶瓷.采用X射线衍射和化学分析方法分析了材料的相组成,利用SEM和TEM观察了显微结构;并用阿基米德排水法测定了相对密度.结果表明:在Zr-B2O3-Mg体系中,50μm Zr粉和Mg过量15%(摩尔分数)的体系是最理想的SHS反应体系;SHS产物粒径、酸洗产物粒径和烧结体粒径分别为2～5μm、0.5～2.0 μm和2～10μm;酸洗产物组成为94.59%ZrB2、3.87%ZrO2和1.54%H3BO3(质量分数);烧结体为单相ZrB2陶瓷,相对密度为95.4%.在ZrO2-B4C-C体系中,B4C过量15%和C过量10%(摩尔分数)的体系是最理想的反应体系;烧结体相对密度为94%;烧结体组成为95.44%ZrB2、3.87%ZrO2、0.32?C和0.37%C(质量分数).     

金刚石对Ni-Al自蔓延反应过程的影响

本研究主要针对Ni-Al自蔓延反应燃烧过程和加入金刚石磨料后的变化,其反应产物的微观形貌,以及SHS反应后金刚石的表面特征及强度的变化进行的探讨。结果表明:添加含量大于15%的金刚石时,Ni-Al体系的燃烧波速度和燃烧温度均随金刚石含量的增大而降低,呈现出振荡燃烧模式。添加含量小于15%的金刚石时,Ni-Al体系燃烧波速度和燃烧温度影响不大,呈现出稳态燃烧模式。添加20%金刚石Ni-Al体系的SHS反应产物主要有NiAl、Ni2Al3、Ni3Al和NiAl3。SHS反应的瞬时高温使一部分金刚石表面由黄色变成了褐色或黑色,且在金刚石表面产生了较多蚀坑,而蚀坑表面由很多球状颗粒。金刚石的平均抗压强度比SHS反应前降低了23%。     

冷轧热处理钛-铝箔制备微叠层Ti-Al系金属间化合物板材

通过钛箔、铝箔叠加烧结制备出微叠层Ti-Al系金属间化合物合金板材。对不同烧结条件下获得的板材组织和相组成进行分析。结果表明,当烧结温度到达到Al的熔点以上时,高温自蔓延反应（SHS）在Ti箔和Al箔之间发生,生成α-Ti、Ti3Al、TiAl、TiAl2和TiAl3等相;随着烧结时间的延长,α-Ti、TiAl2和TiAl3逐渐消失,最终获得包含Ti3Al和TiAl的叠层结构板材。由于铝的熔化,柯肯达尔效应和反应前、后摩尔体积的变化在烧结过程中产生大量的孔洞,随后的热压处理将孔洞消除并获得致密的合金板材。