颗粒增强钛基复合材料的制备技术及微观组织

综述了近几年自生颗粒增强钛基复合材料的主要制备技术，其制备方法有粉末冶金、熔铸法、XD^TM法、燃烧合成法、燃烧合成-熔铸法、接触反应法、机械合金化法、激光熔覆法等。论述了不同制备方法中分别以碳化物和硼化物为增强相的钛基复合材料的微观组织。碳化物增强相主要有TiC，Ti2AlC，Ti3AlC等。硼化物增强相有TiB2和TiB。分别对增强相的形态进行了分析，并对钛基复合材料的发展提出了展望。     

工艺参数对SHS法制备TiC-Ni(Mo)金属陶瓷复合材料的影响

为了研究预压坯相对密度、预热温度、反应物配比、孔隙率等工艺参数对TiC-Ni(Mo)铝基金属陶瓷复合材料高温合成过程的影响作用,采用自蔓延燃烧合成(SHS)技术在7A52铝合金表面制备了TiC-Ni(Mo)金属陶瓷复合涂层,利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)对涂层的物相结构进行了分析。结果表明:体系的燃烧速度随预压坯相对密度的提高呈先增后减的趋势,预压坯的最佳相对密度约为55%;体系的燃烧温度随预热温度增长而增长,最佳预热温度区间在400~450K;体系的绝热温度随体系中Ni-Mo含量的提高而降低,最合适的配比方案为TiC-20Ni(Mo)。     

Mo含量对Ti(C,N)基金属陶瓷在H_2SO_4溶液中腐蚀性能的影响

本文以四种不同Mo含量的Ti(C,N)基金属陶瓷为研究对象,通过组织观察、孔隙率测定、抗弯强度、硬度测试方法研究了Mo含量的变化对Ti(C,N)-Ni金属陶瓷组织和性能的影响,试验结果表明:Ti(C,N)基金属陶瓷呈现典型的芯-环结构,随Mo添加量增加,晶粒发生明显细化,抗弯强度及硬度增加。通过电化学测试方法,如动电位极化、交流阻抗曲线测定(EIS)、静态浸泡腐蚀试验等方法,结合腐蚀形貌观察,研究了不同Mo含量对Ti(C,N)基金属陶瓷在0.2 mol/L H2SO4溶液中的电化学性能和腐蚀性能的影响规律。含有Mo的Ti(C,N)-Ni金属陶瓷的极化曲线存在两个钝化区,其中一个为"伪钝化"区,随Mo元素含量增加,其维钝电流密度减小,维钝区间扩大。交流阻抗试验显示,Ti(C,N)-Ni金属陶瓷的反应阻抗值会随着Mo含量的增加而变大。Ti(C,N)-Ni金属陶瓷在试验溶液中的腐蚀速率也会随Mo含量的增加而明显下降。主要原因是由于随着Mo添加量的增加,降低陶瓷的孔隙率,增大了材料的致密度,改善了硬质相和粘结相之间的润湿性;而且溶解于粘结相中的Mo含量提高,提高了粘结相的耐蚀性,从而降低了金属陶瓷在H2SO4溶液中的腐蚀速率。     

碳含量对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

通过真空烧结方法制备了4种碳含量的Ti(C,N)基金属陶瓷,通过X射线衍射分析仪、扫描电镜、万能力学试验机、维氏硬度测试仪等仪器检测Ti(C,N)基金属陶瓷试样的物相结构、微观组织、抗弯强度、硬度和断裂韧性,分析了碳含量和烧结工艺对Ti(C,N)基金属显微组织和力学性能的影响。结果表明,增加碳含量和提高烧结温度能促进烧结过程中的冶金反应,金属陶瓷显微组织中具有黑芯-灰环结构硬质相的黑芯部分体积分数减少,环形相体积分数增加,粘结相体积分数减少,显微组织均匀化。碳含量对横向抗弯强度(TRS)有显著影响;碳含量对硬度(HV)和断裂韧性(KIC)的影响较小,随碳含量上升,均略有增加。在1 440~1 500℃范围烧结,金属陶瓷的TRS保持在相近的水平值;随烧结温度升高,硬度HV下降;高温1 520℃烧结,能显著提升Ti(C,N)基金属陶瓷的断裂韧性KIC,提高裂纹扩展阻力。     

大尺寸TiB2-Cu-Ni金属陶瓷块体的燃烧合成及准热等静压致密化

利用燃烧合成结合准热等静压 (PHIP)技术成功制备了直径为 2 40mm的大尺寸TiB2 Cu Ni金属陶瓷 ,对合成产物进行了X射线衍射 (XRD)、扫描电镜 (SEM)和力学性能等实验研究。XRD结果表明反应产物中只有TiB2 和 (Cu ,Ni)两相。SEM分析发现增强相TiB2 陶瓷颗粒已经形成骨架状 ,其间为 (Cu ,Ni)基体相 ,TiB2 颗粒形貌为近等轴状 ,尺寸细小且较均匀。合成产物的致密度为 94.2 % ,弯曲强度和断裂韧性分别达到 5 99.4MPa和12 .5 6MPa·m1/ 2 。     

碳含量对Ti-Al-C系燃烧合成Ti3AlC2粉体的影响

实验表明在Ti—Al—C体系中，C含量对燃烧合成Ti3A1C2影响很大：C含量(原子分数)较低时(22．64％-28．07％)，燃烧产物主要物相为Ti2A1C；C含量较高时(29．31％-32．79％)，燃烧产物主要物相为Ti3A1C2．Ti3A1C2的燃烧合成反应温度高于Ti2A1C的燃烧温度，Ti3A1C2的生成量随燃烧反应温度升高近似呈对称分布．从反应物原料摩尔配比和热力学原理角度，探讨了不同C含量对燃烧产物组成的影响机理．     

增强相含量对原位(TiB+TiC)增强钛基复合材料组织与性能的影响

采用放电等离子烧结法制备了(TiC+TiB)/TC4复合材料，并研究了TiC和TiB增强相含量对钛基复合材料物相组成、微观结构和力学性能的影响。采用SPS温度为1 100℃原位合成制备出(TiC+TiB)/TC4复合材料，TiCp和TiBw呈准连续的网状结构分布在晶界处。样品按照TiC∶TiB为1∶1的比例来制备出增强相体积分数为x%(x=0、1、2.5、5、7.5)增强钛基复合材料。在增强相的体积分数为2.5%时复合材料的屈服强度、抗压强度最高，分别为1 264和1 803 MPa,工程应变由基体合金的30%增加至39.4%。     

原位合成TiB/Ti基复合材料的氧化行为

研究了TiB/Ti基复合材料在550,600和650℃空气中的恒温氧化行为,分析了增强体TiB对钛基复合材料氧化动力学行为的影响,并用X射线衍射仪和配有能谱仪的扫描电子显微镜对氧化层表面的相组成、形貌以及氧化层剖面的显微结构进行了分析.结果表明:该复合材料的氧化动力学曲线主要为抛物线类型;TiB/Ti基复合材料的氧化层由金红石型的氧化物TiO2组成,没有发现B2O3的氧化物;增强体TiB能够提高钛基复合材料的抗氧化性,而且随着TiB增强体含量的增加,钛基复合材料的抗氧化性增加;这主要是因为TiB增强体促进了致密氧化膜的生成.     

添加TiAl对燃烧合成Ti3AlC2粉体的影响

采用Ti，Al和C粉末为反应物原料，研究了添加金属间化合物TiAl对燃烧合成Ti3AlC2的影响。从动力学和热力学的角度探讨了TiAl对燃烧合成Ti3AlC2的影响机理。实验结果表明，仅以单质粉末Ti，Al和碳黑为原料，按Ti3AlC2化学计量比配料，燃烧产物的主要物相是TiC，只能得到少量Ti3AlC2相，但在保持原料配比不变的情况下，在反应物原料中添加金属间化合物TiAl(20％-35％)(质量百分数)后，燃烧合成产物中Ti，AlC2的含量显著增加，成为燃烧产物的主要物相，而TiC的含量则显著减少。燃烧产物中Ti3AlC2的含量随添加TiAl量的增加而显著增多。     

W含量及预热温度对Ti—W—C体系燃烧合成产物的影响研究

研究了W含量及预热温度对Ti-W-C体系燃烧合成产物相组成及粉末形貌的影响。研究结果表明，体系W含量减少，或燃烧之前进行预热，通过提高体系的燃烧温度，其燃烧反应机制由扩散－固溶机制转变为熔化－溶解－析出机制；结果，燃烧反应随之完全,有利于合成单相（Ti,W)C粉末，且产物粉末粒度增加，同时合成单相所需的预热温度随W含量增加而提高。     

Microstructures and mechanical properties of the in situ TiB-Ti metal-matrix composites synthesized by spark plasma sintering process

In situ synthesized TiB reinforced titanium matrix composites have been synthesized by spark plasma sintering (SPS) process at 950-1250 °C, using mixtures of 15 wt% TiB₂ and 85 wt% Ti powders. The effects of the sintering temperature on densification behavior and mechanical properties of the TiB-Ti composites were investigated. The results indicated that with rising sintering temperatures, relative densities of the composites increase obviously, while the in situ TiB whiskers grow rapidly. As a result, bending strength of the TiB-Ti composites increases slowly at the combined actions of the factors referred above. Fracture toughness of the composites is improved remarkably due to the large volume fraction of Ti matrix, the crack deflection, pull-out and the micro-fracture of the needle-shaped TiB grains. The results also suggested that TiB-Ti composite sintered at 1250 °C by SPS process exhibits the highest relative density of 99.6% along with bending strength of 1161 MPa and fracture toughness of 13.5 MPa m^1/2.     

放电等离子烧结TiB/Ti-1.5Fe-2.25Mo复合材料的微观组织与力学性能

采用放电等离子烧结技术原位合成了TiB增强Ti?1.5Fe?2.25Mo复合材料,研究了烧结温度对复合材料微观组织和力学性能的影响规律。结果表明,随着烧结温度的升高,钛合金中 TiB 晶须的长细比迅速减小;然而,复合材料的相对密度及TiB的体积含量随着烧结温度的升高而不断增大。由于TiB晶须长细比的减小会导致复合材料强度的降低,而复合材料的相对密度及TiB体积含量的增大又会带来复合材料强度的增加,因此,在这两种因素的共同作用下,最终导致 TiB/Ti?1.5Fe?2.25Mo复合材料的弯曲强度随着烧结温度的升高而缓慢增大。在烧结温度为1150°C 时,TiB/Ti?1.5Fe?2.25Mo复合材料具有最大的弯曲强度1596 MPa。     

燃烧合成非化学计量碳化钛基金属陶瓷组织与性能

以Ｔｉ粉和冶金碳黑为原料＝０．４２￣０．５０，经燃烧合成致密化制备了非化学计量碳化钕基金属陶瓷。物相分析与组织观察表明，金属陶瓷由非化学计量碳化钛和α－Ｔｉ相组成。Ｃ／Ｔｉ相组成，Ｃ／Ｔｉ增大，金属陶瓷中α－Ｔｉ相减少，碳化物晶粒尺寸增大，金属陶瓷的抗弯强度随Ｃ／Ｔｉ增大而降低，硬度则略有增加。     

TiN含量对Ti(C,N)/NiCr金属陶瓷微观结构和力学性能的影响

采用粉末冶金真空烧结方法制备了Ti（C,N）／NiCr金属陶瓷．研究了TiN含量对Ti（C,N）／NiCr金属陶瓷微观结构与力学性能的影响、结果表明,TiN的加入既改变了金属陶瓷硬质相颗粒的尺寸,使其变小,也改变了硬质相颗粒的形貌,使其由圆形变为多边形;随TiN含量的增加,金属陶瓷的抗弯强度均出现先增加后降低的规律,但在较低的烧结温度下,抗弯强度在TiN含量为4％时达到最大值,而在较高的烧结温度下,抗弯强度在TiN含量为6％时达到最大值;硬度在TiN含量〈10％时变化不明显,TiN含量〉10％时硬度急剧下降;抗弯断口以穿晶解理为主要的断裂模式．     

Ni-Ti合金对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

采用粉末冶金方法真空烧结制备了添加Ni-Ti形状记忆合金的Ti(C,N)-Co系金属陶瓷,研究了Ni-Ti合金对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响。结果表明:未加Ni-Ti合金的Ti(C,N)基金属陶瓷的显微组织表现为经典的黑芯-灰壳组织,陶瓷相多为球形;而加入Ni-Ti后的金属陶瓷随着Ni-Ti加入量的增多,组织逐渐细化,出现了多边形的陶瓷相,陶瓷相与粘结相的界面呈现直线关系。同时,金属陶瓷的抗弯强度和断裂韧性随着Ni-Ti合金加入量的增多有明显的提高,而硬度基本保持不变;Ni-Ti合金的加入量为15wt%时金属陶瓷获得最好的力学性能。     

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。     

烧结温度对(Ti,W,Mo,Nb)(C,N)-(Co,Ni)金属陶瓷组织结构和性能的影响

以(Ti,W,Mo,Nb)(C,N)-(Co,Ni)基金属陶瓷材料为研究对象,研究烧结温度对金属陶瓷的成分、微观组织和力学性能的影响,初步探讨成分、微观组织与材料强度的关系.结果 表明:烧结温度对(Ti,W,Mo,Nb)(C,N)-(Co,Ni)基金属陶瓷组织特征有显著的影响;合金的总碳含量随着烧结温度的提高而降低,当...     

Effect of WC addition and cooling rate on microstructure,magnetic and mechanical properties of Ti(C0.6,N0.4)-WC-Mo-Ni cermets

Ti(C_0.6,N_0.4)-8Mo-xWC-25Ni (x = 0, 3, 6 and 9 wt%) cermets were synthesized under different cooling rates by vacuum sintering. The influence of WC addition and cooling rate on microstructure, magnetic and mechanical properties of the as-prepared Ti(C,N)-based cermets was investigated by using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), vibrating sample magnetometer (VSM) and physical property measurement system (PPMS). The results revealed that the grain size of the Ti(C,N)-based cermets became finer with WC addition. Furthermore, room-temperature saturation magnetization (M_s), remanence (M_r) and Curie temperature (T_c) of the Ti(C,N)-based cermets initially decreased with increasing WC content, followed by a gradual increase. Cermets bacame paramagnetic at x = 6 under the cooling rate of 2 °C/min, x = 6 and 9 under the cooling rate 35 °C/min, respectively. The decrease in magnetic properties could be ascribed to the enhanced solid solubility of alloy elements in Ni-based binder phase. Moreover, the hardness and transverse rupture strength (TRS) of the Ti(C,N)-based cermets initially increased and followed by a gradual decrease, whereas the fracture toughness initially decreased followed by an increase with increasing WC content. At the same value of x, the Ti(C,N)-based cermets exhibited better magnetic and mechanical properties at the cooling rate of 35 °C/min than that at the cooling rate of 2 °C/min, which could be attributed to the grain refinement strengthening and solid-solution strengthening of the binder phase.     

Microstructure and Sliding Wear Behaviour of Ni(Cr)-TiB_2 Coatings Deposited by HVOF Spraying of SHS Powders

THERMAL SPRAYING provides a large range ofcoatings,which increase the wear resistance ofsubstrates[1].One of the major coating families is thecermet,composed of hard ceramic particles with ametallic binder.The most commonly used cermetcoatings in industrial applications are based on eitherthe WC-Co or the Cr3C2-Ni(Cr)systems with WC-17wt%Co and Cr3C2-25wt%Ni(Cr)being typicalcompositions[2,3].Although WC-Co deposits are hardand wear resistant at ambient temperatures their rangeof ap…     

(TiB+Nd2O3)/Ti复合材料的显微组织与力学性能

以钛、B2O3和稀土钕为原料,通过熔炼法合成了钛基复合材料。采用扫描电镜、透射电镜及力学性能测试,研究了稀土钕对复合材料组织与性能的影响。结果显示,原位合成的复合材料中,增强体为均匀分布于基体中的Nd2O3与TiB;Nd2O3的形状有细小层片状、板条状及球状,与基体之间没有发生显著的界面反应。稀土钕的添加有助于改善复合材料的塑性与高温强度。