原位合成TiCp/Fe复合材料的研究现状与展望

综述了国内外原位合成TiCp增强铁基复合材料工艺的研究现状,重点分析了制备工艺的特点及存在的问题,并在此基础上展望了该领域的发展趋势.     

纳米Fe/C复合材料的原位合成

在石油渣油中加入二茂铁，通过热缩聚反的位合成纳米级铁粒子均匀分散于炭基体中的新型复合材料，研究了在420℃热缩聚时停时间和二茂铁添加量对Fe/C形成的影响，并用TEM和XRD观测和分析了Fe/C的形态和结构，结果表明，在基体中铁粒子的粒径为25－50nm，在一定条件下，二茂铁添加量的增加和停留时间的延长均使Fe/C产率提高，停留时间对热缩聚反应的影响遵循一级反应动力学，二茂铁的添加能显著提高反应速率常数k值。     

Fe-Ti-C 熔体在大气条件下原位合成TiCP/Fe 复合材料的研究

为了在大气条件下利用Fe-Ti-C 熔体中T iC 的合成反应制备原位( in situ) TiC_P/Fe 复合材料, 研究了三种覆盖剂对熔体中T i 元素氧化烧损率的影响, 并分析了所得复合材料的组织和性能。结果表明: 采用所开发的混合盐型覆盖剂能在大气条件下制备出原位TiC_P/Fe 复合材料, 且原位合成的T iC 颗粒尺寸细小、分布均匀, 从而使制备的复合材料特别是经淬火处理后的复合材料具有较高的力学性能。      

铁基复合材料涂层的原位反应合成

本文利用熔铸法研究了铁基复合材料的反应合成工艺和显微组织.结果表明:用液相原位反应合成法制备TiC/Fe基复合材料涂层是可行的;反应合成的TiC颗粒增强的Fe基复合材料涂层与基体没有明显的界面,涂层与基体结合状态良好;保温时间是影响TiC颗粒的大小、数量、及涂层厚度的重要因素之一.基体合金中含Ti为4%的样品保温2分钟后涂层厚度约为250μm,而保温7分钟后涂层厚度约为400μm,运用动力学计算对涂层厚度进行了理论计算,计算结果与实验结果的变化规律相似.     

钛铁矿原位碳热还原合成TiC/Fe的热力学过程及合成条件研究

以天然矿物钛铁矿（ＦｅＴｉＯ_３）、Ｃ（石墨）为原料,采用原位碳热还原法,实现合成与烧结一体化,真空烧结制备了ＴｉＣ／Ｆｅ复合材料,探索了一条低成本合成高性能ＴｉＣ／Ｆｅ复合材料的新途径．对反应的热力学过程进行理论分析和实验研究,探讨了产物的合成条件．研究表明,ＴｉＣ的反应形成机理是：首先,ＦｅＴｉＯ_３被Ｃ还原生成Ｔｉ_ｘＯ_ｙ和α－Ｆｅ;然后,Ｃ继续与Ｔｉ_ｘＯ_ｙ反应,将氧一步一步还原出来,直至生成ＴｉＣ;ＴｉＣ颗粒长大的过程是,先形成富Ｔｉ缺Ｃ的ＴｉＣ_ｘ,然后ＴｉＣ_ｘ继续与Ｃ反应形成接近化学计量比的ＴｉＣ．烧结温度范围在１５００～１６００℃之间,随温度的升高,产物的硬度和密度稍有提高．Ｍｏ的加入可以改善金属相对ＴｉＣ的润湿性．产物中有少量游离碳存在．     

原位合成及外加法制备碳化钒颗粒增强铁基复合材料的研究

通过粉末冶金工艺制备碳化钒颗粒增强铁基复合材料,研究了原住合成和外加法对复合材料烧结密度、性能及组织结构的影响,并借助金相、SEM、EDS观察了碳化钒的分布及元素成分。试验结果表明：原位合成复合材料具有更高的烧结密度和抗弯强度,在1280℃时达到最大值,分别为7．4g．cm^-3和983MPa,在烧结过程中反应生成了碳化钒颗粒,主要分布在晶界;外加法中的碳化钒颗粒分布更均匀,并通过扩散作用融入Cr、Mo、Fe等合金元素。     

原位合成TiB2/Fe复合材料的高温氧化行为

采用微波烧结技术原位生成TiB₂/Fe复合材料,研究其在500℃、600℃与700℃空气中的恒温氧化行为,并对氧化膜的表面、截面形貌及相组成进行了分析。结果表明:TiB₂/Fe复合材料由TiB₂、Fe₂B和α-Fe三种物相组成。随着氧化温度的升高,TiB₂/Fe复合材料的氧化增重明显增大,均呈现抛物线型规律,在500℃时,其氧化产物主要为Fe₂O₃和Fe₃O₄,而700℃时,其氧化物为Fe₂O₃、TiO₂、Fe₉TiO₁₅及少量Fe₃BO₆组成。相同温度下,随着TiB₂含量增加,TiB₂/Fe复合材料氧化物粒径、氧化增重和氧化层厚度均减小,氧化激活能增大,其抗氧化性能也越好。      

原位合成羟基磷灰石/明胶复合材料及表征

以Ca(NO3)2、(NH4)2HPO4和明胶为起始原料,采用原位合成的方法,制备与自然骨成分和结构相似的羟基磷灰石/明胶复合材料(HA/Gel).采用各种分析手段对样品进行表征.红外结果表明HA/Gel中波数为1339cm-1的酰胺基团向低波数发生了红移;X射线衍射证明HA/Gel复合材料中的元机相主要为低结晶度、晶粒尺寸细小的羟基磷灰石;热重结果证明本试验制备的HA/Gel中Gel的含量达到15%左右;采用扫描电镜观察HA/Gel复合材料的微观形貌.扫描电镜观察发现HA颗粒定向分布在Gel连续相基体上,本试验结果证明HA与Gel形成键性结合,是一种颇有前途的骨组织替换材料.     

原位合成Al-Cr/Al复合材料及耐腐蚀性研究

本文采用超声辅助制备Al-Cr/Al原位复合材料。利用XRD、EDS对复合材料进行物相分析,应用扫描电镜观察增强体颗粒的大小、形貌和分布,并研究了复合材料的耐腐蚀性。结果表明,通过超声辅助制备的Al-Cr/Al原位复合材料中增强体颗粒呈多边形,尺寸细小,分布均匀;Al和Cr在高温下反应生成金属间化合物,这些金属间化合物会相互扩散,形成均匀的混合增强相;Al-Cr金属间化合物具有良好的耐腐蚀性,打断了基体的连续性,对腐蚀的深入和扩展有很强的抑制作用。复合材料的耐腐蚀性与增强体颗粒的含量、分布有关。     

原位合成TiC和TiB增强钛基复合材料

分析了增强体ＴｉＣ和ＴｉＢ在钛中的原位生成机理,利用普通的熔铸设备,原位合成制备了ＴｉＣ和ＴｉＢ颗粒增强的钛基复合材料,ＳＥＭ和Ｘ射线衍射的研究结果表明,ＴｉＣ和ＴｉＢ以不同形状在钛基体中生长,较为细小,且分布均匀,钛基复合材料的室温和高温性能了较大的提高。     

V8C7增强铁基复合材料的制备和性能

用一种将粉末冶金和原位合成相结合的全新方法原位合成了V8C7颗粒增强铁基复合材料,对其微观组织、耐磨性及其磨损机理进行了分析,并探讨了FE-V-C三元体系原位合成V8C7的机理.结果表明:石墨的存在降低了σ-(FeV)相的稳定性,使其分解为固溶大量V的α-Fe, C与V发生碳化反应生成V8C7;原位合成的V8C7颗粒增强铁基复合材料由增强相V8C7和α-Fe相组成,V8C7颗粒均匀分布在珠光体基体上;在重载干滑动摩擦条件下,V8C7颗粒增强铁基复合材料显示出良好的耐磨性能.     

In‐situ composite coating on powder metallurgy master alloy fabricated by vacuum hot‐pressing sintering technology

A material consisting of an in‐situ titanium carbide reinforced nickel‐aluminide (Ni₃Al) coating and a powder metallurgy master alloy was fabricated by vacuum hot‐pressing sintering technology. A metallurgical bonded, pores‐free interface between composite coating and powder metallurgy master alloy was formed at the sintering temperature of 1050 °C, pressure of 10^‐4 Pa and pressing pressure of 40 MPa. The phase, microstructure and wear behavior of composite coating were investigated. The results showed that polygonal titanium carbide particulates with various sizes were homogeneously distributed in nickel‐aluminide matrix. The sintering temperature, pressing pressure and heat from as‐reactions‐formed coating green compact facilitated the pore infiltration with transiently generated liquid phases and ensured the high‐intensity metallurgical bonding between composite coating and powder metallurgy master alloy. Due to the abnormal elevated‐temperature properties of nickel‐aluminide matrix, titanium carbide particulates reinforcement and the mechanically mixed layer protection, TiC/Ni₃Al‐coated parts demonstrated superior wear resistance and lower friction coefficient while compared with Ni₃Al‐coated parts and H13 steel.     

内嵌式钨铜粉末爆炸复合结构材料的研究

为满足托克马克核聚变装置内壁材料对W-Cu复合材料的需求,提出了内嵌式粉体爆炸复合方法和技术工艺。先用该方法制备内嵌式W-Cu粉复合材料,其实验粉末分别采用粒径3μm与23μm的纯钨粉和添加10%铜粉的W-Cu混合粉末(质量分数)。然后利用扫描电子显微镜、显微硬度计对内嵌式W-Cu粉复合材料进行表征、分析。结果显示,实验粉末经过爆炸烧结压实后能达到90%以上该密实材料的密度。添加10%铜粉后制备的W-Cu粉复合结构材料结合界面更加规则均匀理想,结合界面附近几乎没有孔隙,粉末压实部分孔隙度更小且孔隙的尺寸更小,均匀致密性更好,但粉末压实层硬度更低。使用粒径3μm的混合粉末与23μm的混合粉末,后者制备的W-Cu粉复合材料,粉末压实部分均匀致密性更好,孔隙度更小且孔隙的尺寸更小,粉末压实层密度更大,但硬度更低。     

内嵌式钨铜粉末爆炸复合结构材料的研究

为满足托克马克核聚变装置内壁材料对 W-Cu复合材料的需求,提出了内嵌式粉体爆炸复合方法和技术工艺。先用该方法制备内嵌式W-Cu粉复合材料,其实验粉末分别采用粒径3μm与23μm的纯钨粉和添加10%铜粉的W-Cu混合粉末(质量分数)。然后利用扫描电子显微镜、显微硬度计对内嵌式 W-Cu粉复合材料进行表征、分析。结果显示,实验粉末经过爆炸烧结压实后能达到90%以上该密实材料的密度。添加10%铜粉后制备的 W-Cu粉复合结构材料结合界面更加规则均匀理想,结合界面附近几乎没有孔隙,粉末压实部分孔隙度更小且孔隙的尺寸更小,均匀致密性更好,但粉末压实层硬度更低。使用粒径3μm的混合粉末与23μm的混合粉末,后者制备的 W-Cu粉复合材料,粉末压实部分均匀致密性更好,孔隙度更小且孔隙的尺寸更小,粉末压实层密度更大,但硬度更低。     

Formation of Al3Ti/Mg composite by powder metallurgy of Mg–Al–Ti system

An in situ titanium trialuminide (Al₃Ti)-particle-reinforced magnesium matrix composite has been successfully fabricated by the powder metallurgy of a Mg–Al–Ti system. The reaction processes and formation mechanism for synthesizing the composite were studied by differential scanning calorimetry (DSC), x-ray diffractometry (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive x-ray spectroscopy (EDS). Al₃Ti particles are found to be synthesized in situ in the Mg alloy matrix. During the reaction sintering of the Mg–Al–Ti system, Al₃Ti particles are formed through the reaction of liquid Al with as-dissolved Ti around the Ti particles. The formed intermetallic particles accumulate at the original sites of the Ti particles. As sintering time increases, the accumulated intermetallic particles disperse and reach a relatively homogeneous distribution in the matrix. It is found that the reaction process of the Mg–Al–Ti system is almost the same as that of the Al–Ti system. Mg also acts as a catalytic agent and a diluent in the reactions and shifts the reactions of Al and Ti to lower temperatures. An additional amount of Al is required for eliminating residual Ti and solid-solution strengthening of the Mg matrix.     

粉末冶金法炭纤维/Mg复合材料的界面对其力学性能的影响

采用表面化学镀镍前后的短炭纤维(Cf)做为增强体,纯镁粉为基体金属,通过粉末冶金法和热挤压制备镁基复合材料.采用SEM-EDS、TEM、XRD和拉伸等测试手段表征短炭纤维增强镁基复合材料的微观形貌、元素组成、物相组成及其力学性能.结果表明:炭纤维在复合材料中分布均匀且沿挤压方向定向排列;采用经过表面化学镀镍处理的短炭纤维与金属镁复合后界面结合状态优良,Mg2Ni物相的存在表明润湿性的改善是通过金属镁与涂层发生反应而实现;对比屈服强度测试值和理论计算值的大小,表明涂层炭纤维增强镁基复合材料的增强机理主要是界面载荷传递效应.     

WC颗粒增强Fe基粉末冶金复合材料研究进展

介绍了WC颗粒增强Fe基粉末冶金复合材料,讨论了WC颗粒增强Fe基粉末冶金复合材料的WC含量、组织结构、制备工艺、WC颗粒形貌及强韧化机理,并指出研发一种短流程、低成本的高性能WC颗粒增强Fe基粉末冶金复合材料及其制备工艺是Fe基复合材料未来发展的趋势之一。     

Material processing of hydroxyapatite and titanium alloy (HA/Ti) composite as implant materials using powder metallurgy: A review

The bio-active and biodegradable properties of hydroxyapatite (HA) make this material a preferred candidate for implants such as bone replacement in replacing natural tissues damaged by diseases and accidents. However, the low mechanical strength of HA hinders its application. Combining HA with a biocompatible material with a higher mechanical strength, such as a titanium (Ti) alloy, to form a composite has been of interest to researchers. A HA/Ti composite would possess characteristics essential to modern implant materials, such as bio-inertness, a low Young’s modulus, and high biocompatibility. However, there are issues in the material processing, such as the rheological behavior, stress-shielding, diffusion mechanism and compatibility between the two phases. This paper reviews the HA and Ti alloy interactions under various conditions, in vitro and in vivo tests for HA/Ti composites, and common powder metallurgy processes for HA/Ti composites (e.g., pressing and sintering, isostatic pressing, plasma spraying, and metal injection molding).     

原位合成铁基复合材料中增强相VC的微结构特征

通过反应铸造法经普通的铸造工艺成功制备了原位VCp增强铁基复合材料.VC颗粒弥散分布在基体中,以近似等轴状为主.TEM及HRTEM表明,基体和增强颗粒结合良好,界面光滑干净,增强相晶体结构完整,组织细密.由于界面的捕获及推移效应,一部分VC被推移至奥氏体晶界,一部分充当异质形核核心.     

直接碳化原位合成WC-Co复合粉的反应过程

以偏钨酸铵(AMT)、可溶性钴盐、有机碳源为原材料,采用喷雾转化、直接碳化原位合成法,成功制备出WC-Co复合粉末。利用XRD、SEM等分析方法对粉末样品物相组成、微观形貌、粒度分布进行了研究。研究表明,由于Co对W碳化的促进作用,在900℃时,W就被完全碳化为WC,远低于W正常被碳化完全的温度;W的碳化过程主要依靠钨粉颗粒表面与含碳气氛热解后沉积在钨颗粒表面上的碳元素的反应以及碳向钨粉颗粒内部的扩散来实现,属固-固反应;由于生成W2C的自由能比WC的更低,W很快先被碳化为W2C,然后再进一步碳化为WC;W/Co/C碳化反应体系沿WCo3,Co6W6C,W2C-Co,WC-Co步骤进行反应;随着温度的升高,反应体系可不经过前两步,而直接生成W2C-Co,再进一步碳化为WC-Co复合粉。