原位热压合成Ti3 AlC2 陶瓷

分别用3Ti-Al-2C和2TiC-Ti-Al粉用原位热压技术制备Ti3AlC2陶瓷.采用XRD、DTA、SEM等测试手段研究其物相组成、反应过程及显微结构.结果表明:1300 ℃下3Ti-Al-2C体系的合成产物为层状Ti3AlC2、TiC和Al2O3相,1500 ℃下2TiC-Ti-Al体系的合成产物基本为层状Ti3AlC2相,纯度较高.在Ti-Al-C体系中,首先发生Ti与C反应生成TiC,接着发生Ti与Al反应相继生成TiAl3和TiAl,随后发生TiAl和TiC反应生成Ti2AlC,最后Ti2AlC和TiC反应生成Ti3AlC2.同时,分析了TiC掺杂对TiC-Ti-Al体系原位合成Ti3AlC2的影响.     

放电等离子烧结原位制备TiC/Ti_2AlC复合材料及室温力学性能评价

以Al_4C_3、Ti和石墨粉为原料(Ti、Al、C的摩尔比为6:1:3),利用放电等离子烧结(SPS)技术通过原位反应制备出TiC/Ti_2AlC的复合材料.结果表明,基体相TiC的晶粒尺寸在2～5 μm左右,反应生成的Ti_2AlC颗粒尺度纵向长度为4～10 mm,横向宽度为1～2 mm,且弥散均匀分布在基体中.三元层状相Ti_2AlC的引入大大提高了复合材料的力学性能,复合材料的维氏硬度HV为11 GPa,断裂韧性K_(IC)为5.3 MPa·m~(1/2),抗弯强度sf为(470±50) MPa,弹性模量E为(228±30) GPa.通过压痕法观察了裂纹扩展路径,讨论了材料的断裂机制和增韧机制.材料以沿晶断裂为主,伴随少量穿晶断裂.     

Ti3AlC2材料的反应合成及其烧结行为

以Ti,Al和TiC为原材料,用无压煅烧合成法制备三元化合物Ti3AlC2。详细讨论了煅烧温度和铝含量对多晶Ti3AlC2纯度的影响。利用X射线衍射仪、场发射扫描电镜和场发射透射电镜研究了粉末材料的组织结构、晶粒大小、层板厚度和选区电子衍射花样。结果表明1300℃是合成Ti3AlC2粉末的最佳煅烧温度,1:1.2:2是Ti/Al/TiC原材料的最佳摩尔比。用热压法制备了不同烧结温度下的Ti3AlC2块体试样,在1300℃热压制备的Ti3AlC2块体的相对密度可达99.9%,其维氏硬度和三点抗弯强度分别为5.7 GPa和630 MPa。通过场发射扫面电镜观察材料的断口形貌,进一步分析了Ti3AlC2块体材料的强化机理。     

TiC/Ti3AlC2复合材料的制备及性能研究

利用2TiC-Ti-Al体系的原位放热反应制备TiC/Ti3AlC2复合材料。借助XRD和SEM分析不同合成温度对应产物的相组成和微观结构,并测量其密度和抗压强度。结果表明,随着合成温度的升高,Ti3AlC2含量减小,TiC杂质相含量增大,层状或板状Ti3AlC2组织减少,大颗粒状TiC显著增多。经1350℃烧结后,合成产物中Ti3AlC2含量相对较高,其密度和抗压强度达4.03g/cm3和111.29MPa。     

TiC掺杂对热压合成Ti2AlC材料的影响

采用热压工艺合成了Ti2AlC块体材料.在不同温度时,通过X射线衍射分析了掺入不同含量TiC混合粉经热压合成试样的物相组成,并采用SEM观察所合成试样的显微结构.结果发现:完全以元素粉为原料不掺TiC的混合粉经1 500℃热压60 min合成Ti2AlC块体材料,且产物中含有TiC和Ti3AlC2杂相;掺入0.5 mol或1.0 mol TiC混合粉经1 400℃热压60 min后合成不含TiC且只含少量Ti3AlC2的Ti2AlC块体材料.同时,探讨了TiC对合成Ti2AlC块体材料的影响机理.     

Ti_3AlC_2掺杂SPS法制备Ti_2AlC/TiAl基复合材料的研究

通过2TiC-Ti-1.2Al体系的原位热压反应制备Ti_3AlC_2陶瓷,然后以59.2Ti-30.8Al-10Ti_3AlC_2(质量分数,下同,%)为反应体系,采用放电等离子烧结技术制备Ti_2AlC/Ti Al基复合材料。借助XRD、SEM分析产物的相组成和微观结构,并测量其室温力学性能。结果表明:原位热压烧结产物由Ti_3AlC_2和TiC相组成,Ti_3AlC_2呈典型的层状结构,TiC颗粒分布在其间;SPS法制备的Ti_2AlC/Ti Al基复合材料主要由Ti Al、Ti_3Al和Ti_2AlC相组成,Ti_2AlC增强相主要分布于基体晶界处,发挥了晶界/晶内内生型强化相的增强作用。力学性能测试表明:Ti_2AlC/Ti Al基复合材料的密度、维氏硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为3.85 g/cm~3、5.37 GPa、7.17 MPa·m~(1/2)和494.85 MPa,穿晶、沿晶及层状撕裂等混合断裂特征对改善性能发挥了重要作用。     

原位热压合成Ti3AlC2/Al2O3复合材料的研究

以Ti,Al,TiC,TiO2粉末为原料,采用原位热压合成法制备了Ti3AlC2/Al2O3复合材料。主要考察不同Al2O3含量对复合材料性能的影响。在1400℃,30MPa压力,保温2h条件下烧结制得致密的Ti3AlC2/Al2O3块体材料。采用XRD分析了不同Al2O3含量的复合材料的相组成。用SEM观察组织结构特征。测量了维氏硬度和电导率同Al2O3含量的关系曲线。研究结果表明,Al2O3的加入可大幅度提高复合材的硬度。Ti3AlC2/25%Al2O3的维氏硬度可达8.7GPa。虽然添加Al2O3后复合材料的电导率有所下降,但Al2O3对复合材料强度和硬度的增加有显著的贡献。Ti3Al2C2/Al2O3乃不失为一种性能良好的高温结材材料。     

放电等离子合成Ti3AlC2-TiB2复合材料的相形成研究

采用放电等离子烧结工艺,以Ti,Al,B4C,TiC为原料制备Ti3AlC2／TiB2复合材料。通过X射线衍射分析了从600℃到1300℃Ti3AlC2／TiB2系统反应过程的相形成规律。用扫描电镜观察了不同温度下试样的显微组织演变。结果表明,在900℃之前,主要的反应是Ti和Al反应生成Ti—Al金属间化合物,900℃之后,Ti—Al金属间化合物与TiC逐渐生成Ti3AlC2和TiB2相,形成致密Ti3AlC2／TiB2复合材料。     

原位合成Ti2AlC/TiAl复合材料的显微组织与性能

利用Al-Ti-C体系的放热反应,通过真空热压烧结,原位合成了Ti2AlC/TiAl复合材料.借助于XRD,SEM,OM分析及力学性能测试,分析了Ti2AlC/TiAl复合材料微观组织与性能的关系,探讨了Ti2AlC增强增韧TiAl金属间化合物的机制.结果表明,其增强相为Ti2AlC,并有微量的Ti3AlC生成,基体相为TiAl.Ti2AlC的生成,细化了晶粒,其层状结构阻止了裂纹扩展.力学性能测试表明,该材料抗弯强度可达743.84 MPa,断裂韧度可达9.17 MPa.m1/2.     

放电等离子合成Ti3AlC2/TiB2复合材料的制备及性能研究

采用放电等离子烧结方法研究了Ti3AlC2/TiB2复合材料的制备和不同TiB2含量(体积百分数)对Ti3AlC2/TiB2性能的影响。研究表明,在1250℃,30MPa压力和保温8min条件下烧结,可以得到相对密度达98%以上的致密Ti3AlC2/TiB2块体材料;在Ti3AlC2中添加TiB2能大幅度提高材料的硬度;Ti3AlC2/30%TiB2维氏硬度达到10.39GPa,电导率达到3.7×106S·m-1;当TiB2含量为10%时,抗弯强度为696MPa,断裂韧性为6.6MPa·m1/2,但当TiB2含量继续增加时,由于TiB2的团聚和TiB2抑制Ti3AlC2晶体的生长导致了材料的抗弯强度和断裂韧性的下降。     

Microstructure of reactive synthesis TiC/Cr18Ni8 stainless steel bonded carbides

TiC/Cr18Ni8 steel bonded carbides were synthesized by vacuum sintering with mixed powders of iron, ferrotitanium, ferrochromium, colloidal graphite and nickel as raw materials. The microstructure and microhardness of the steel bonded carbides were analyzed by scanning electron microscope (SEM),X-ray diffraction (XRD) and Rockwell hardometer. Results show that the phases of steel bonded carbides mainly consist of TiC and Fe-Cr-Ni solid solution. The synthesized TiC particles are fine. Most of them are not more than 1 μm With the increase of sintering temperature, the porosity of TiC/Cr18Ni8 steel bonded carbides decreases and the density and hardness increase, but the size of TiC panicles slightly increases. Under the same sintering conditions, the density and hardness of steel bonded carbides with C/Ti atomic ratio 0.9 are higher than those with C/Ti atomic ratio 1.0.The TiC particles with C/Ti atomic ratio 0.9 are much finer and more homogeneous.     

不同钛碳摩尔比和铝含量对Ti－Al－C体系燃烧合成Ti3AlC2粉体的影响

以Ti，Al，C和TiC粉末为原料，研究了钛碳摩尔比和Al含量对Ti—Al—C体系燃烧合成产物相组成的影响。实验表明，不同的钛碳摩尔比和Al含量变化，对Ti-Al—C体系燃烧合成Ti3AlC2粉体有很大影响。当Ti／C=1或1．5时，燃烧产物主晶相是TiC，与原料中Al含量变化关系不大；Ti／C=2和Ti／C=3时，主晶相分别是Ti3AlC2和Ti2AlC，它们的衍射峰强度均分别随原料中Al含量增加而增强，当Al含量增加到一定量后，Ti3AlC2和Ti2AlC的衍射峰强度均又减弱；TiC是Ti-Al-C体系燃烧合成Ti3AlC2相的中间产物。     

TiC生成方式对激光熔覆镍基涂层组织和性能的影响

分别以TiC粉和Ti+C粉为原料,采用外加法和原位法制备了TiC/Ni激光熔覆涂层,分析了TiC生成方式对涂层物相组成、微观组织、硬度和磨损性能的影响。结果表明,涂层的物相组成不受生成方式的影响;但Ti+C质量分数高于30%时,原位法涂层无法成型,而外加法可获得40%TiC的涂层。外加法涂层中TiC以原料TiC为主,少量溶解析出的结晶TiC;而原位法涂层中TiC全部为结晶析出,分布更加均匀,颗粒细小,枝晶数量增多。原位法涂层的平均硬度和耐磨性均优于相同TiC含量的外加法涂层;涂层中TiC含量(质量分数)由20%增至30%时,涂层硬度升高,耐磨性下降,生成方式引起的磨损性能差异由5%降至0.6%。     

添加TiC对燃烧合成Ti2AlC粉体的影响

实验表明，以Ti,Al和碳黑单质粉末为反应物原料，按Ti2AlC化学计量比为原料摩尔配比，得到的燃烧产物主晶相为Ti3AlC2，而Ti2AlC的含量很少。当保持总原料各组分配比不变，加入TiC时，燃烧产物中的Ti2AlC相却变为主晶相，而Ti3AlC2和TiC相的含量急剧减少。燃烧产物Ti2AlC相的含量随添加的TiC质量分数（0－25％）的增加而增加。从动力学和热力学的角度探讨了TiC对燃烧合成Ti2AlC的影响机理。     

基于机械诱发自蔓延反应制备TiC基金属陶瓷的组织与性能

以Ti、Mo、C、Ni粉末为原料在氩气保护下通过高能球磨诱发的自蔓延燃烧反应合成了TiC-Ni和(Ti,Mo)C-Ni复合粉末,将合成的粉末经成形和烧结后制备得到了高韧性的金属陶瓷材料,并对碳化物的形成机理以及金属陶瓷的显微组织与力学性能进行了研究。结果表明:高能球磨诱发的自蔓延燃烧反应释放的热量造成了金属Ni熔化产生液相,Ti、Mo、C不断溶解于液相并发生反应,生成的TiC或(Ti,Mo)C在液相中形成并析出;制备得到的TiC-Ni和(Ti,Mo)C-Ni金属陶瓷易于烧结致密化,其硬度不低于13.2 GPa,弯曲强度不低于1 559 MPa,与传统粉末冶金方法制备的金属陶瓷相当,但是其断裂韧性高于传统金属陶瓷,可达12.04 MPa·m1/2。     

自反应喷射成型复相结构陶瓷的组织与性能

以Ti粉、B_4C粉和蔗糖(C的前驱体)为原料,制备了Ti(C,N)-TiB_2复相结构陶瓷坯件,分析了陶瓷坯件的组织结构与性能.研究得出,该复相结构陶瓷的组织为典型的多相非均质结构,主要由Ti(C_0.7,N_0.3)、TiC、TiN、TiB_2、TiO_2、Ti_2O等各相组成,其中,Ti(C_0.7,N_0.3)相在整个坯件中广泛分布,构成坯件组织的基体,TiC、TiN和TiB_2等相分布在基体相之中,它们之间界面良好,组织致密,而Ti_2O、TiO_2等副产物相结构较为松疏,周围伴有气孔等缺陷.喷射沉积坯件的孔隙率为2.9%,显微硬度(HV_0.2)为19450 MPa,断裂韧性为6.0 MPa·m~(1/2).     

激光熔覆原位合成TiC/Al陶瓷基复合涂层增强Ti6Al4V研究

采用Ti-C-Al体系激光点火自蔓延合成TiC/Al材料的同时,在Ti6Al4V钛合金表面形成均匀厚度的涂层。实验所用设备为2kWNd:YAG脉冲固体激光器;原料中钛碳原子比1:1,铝含量范围10%~40%(质量分数)。原料中的铝含量对原位合成的TiC颗粒形态和大小影响较大,通过实验确定了原料中合适的铝含量。利用扫描电镜对涂层与基体结合界面微观结构进行表征,测试涂层的显微硬度和耐磨性。结果表明,涂层和基体有良好的冶金结合;TiC颗粒在涂层表面处主要以树枝晶状存在,而在涂层与基体连接处主要为近球状晶粒;涂层显微硬度可达到8000MPa(HV0.5),约为基材的2~3倍。     

高纯度Ti3SiC2粉体的制备及真空热处理

以3Ti/S i/2C/0.2A l粉体为原料通过机械合金化制备了Ti3S iC2粉体,用X射线衍射仪和扫描电镜对机械合金化粉体和热处理粉体进行相分析和颗粒形貌观察,研究了真空热处理温度对机械合金化制备Ti3S iC2粉体纯度的影响。结果表明,3Ti/S i/2C粉体球磨10 h可获得由TiC、Ti3S iC2、TiS i2组成的混合粉体,粉体中的Ti3S iC2含量最高可达到83wt%。在热处理温度为700~1000℃内Ti3S iC2粉末粉体含量随温度的提高而增加,当热处理温度为1000℃时,其含量可达到98wt%以上。     

Microstructure of Advanced TiC-Based Coatings Prepared by Laser Cladding

The specific advantages of TiC as a hard material are its low density, high hardness, and its high alloyability in metal matrix composites. Agglomerated and sintered core-rim structured TiC-based powders were intensively studied in the last few years for thermal spray coating solutions. In the work described in this paper a powder with cubic (Ti,Mo)(C,N) hard phases and Co binder were used together with mechanically mixed NiBSi and CoCrMo powders to produce wear resistant coatings by laser cladding. Coatings with fine-grained hard particles were obtained. Basic process parameters and coating microstructures are described.     

反应火焰喷涂TiC/Fe复合涂层组织及形成机理

以TiFe粉和碳的前驱体（石油沥青）为原料通过前驱体碳化复合技术制备了Ti-Fe-C系反应喷涂复合粉末,并用普通火焰喷涂技术制备了TiC/Fe陶瓷金属复合涂层.观测了喷涂粉末、淬熄实验获取的飞行粒子以及涂层的形态、相和组织结构.结果表明：前驱体碳化复合Ti-Fe-C系喷涂粉末有非常紧密的结构;可有效的解决反应喷涂过程中原料粉末分离的问题.在反应火焰喷涂过程中,每一个喷涂粉末颗粒构成独立的微小反应单元,原料之间反应充分.在整个喷涂过程中喷涂粉末经历了熔化扩散、物相形成、碰撞后快速凝固三个阶段.所得涂层由TiC和Ti2O3共生聚集片层和细小TiC颗粒弥散分布于金属基体所形成的内晶型复合强化片层交替叠加而成.