Ti_2AlC/TiAl基复合材料的制备及其力学性能北大核心CSCD

以Ti-Al-Ti_3AlC_2为反应体系,采用真空热压技术(1100℃×1 h)制备Ti_2AlC/TiAl基复合材料。借助XRD、SEM等测试手段分析相组成以及微观结构,并测量其密度、维氏硬度、抗弯强度、抗压强度和断裂韧性等室温力学性能。结果表明,产物主要由TiAl、Ti_2AlC和Ti_3Al相组成。利用Ti_3AlC_2分解反应原位自生的Ti_2AlC增强相主要分布于基体晶界处,部分钉扎于晶内,且随着Ti_2AlC生成量的增大,团聚现象加剧。室温力学性能测试表明,Ti_2AlC/TiAl基复合材料的力学性能明显优于单相TiAl材料,当Ti_3AlC_2掺杂量为10 mass%时,综合性能较好,密度、硬度、抗弯强度、抗压强度和断裂韧性分别为3.97 g/cm^3、4.82 GPa、488.61 MPa、1340 MPa和5.68 MPa·m^(1/2)。断裂机制主要表现为沿晶断裂、穿晶断裂、裂纹偏转与桥联;颗粒相增韧、裂纹偏转与桥联以及层状增韧是主要的增韧方式。     

Ti_2AlC/TiAl基复合材料的制备及其力学性能

以Ti-Al-Ti_3AlC_2为反应体系,采用真空热压技术(1100℃×1 h)制备Ti_2AlC/TiAl基复合材料。借助XRD、SEM等测试手段分析相组成以及微观结构,并测量其密度、维氏硬度、抗弯强度、抗压强度和断裂韧性等室温力学性能。结果表明,产物主要由TiAl、Ti_2AlC和Ti_3Al相组成。利用Ti_3AlC_2分解反应原位自生的Ti_2AlC增强相主要分布于基体晶界处,部分钉扎于晶内,且随着Ti_2AlC生成量的增大,团聚现象加剧。室温力学性能测试表明,Ti_2AlC/TiAl基复合材料的力学性能明显优于单相TiAl材料,当Ti_3AlC_2掺杂量为10 mass%时,综合性能较好,密度、硬度、抗弯强度、抗压强度和断裂韧性分别为3.97 g/cm~3、4.82 GPa、488.61 MPa、1340 MPa和5.68 MPa·m~(1/2)。断裂机制主要表现为沿晶断裂、穿晶断裂、裂纹偏转与桥联;颗粒相增韧、裂纹偏转与桥联以及层状增韧是主要的增韧方式。     

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。     

Ti_3AlC_2颗粒含量对Ti_3AlC_2/ZA27复合材料性能的影响（英文）

通过无压烧结技术和机械合金化技术,在烧结温度为870℃,保温时间为2.5 h的工艺条件下,制备了4种含有不同体积分数的Ti_3AlC_2颗粒的Ti_3AlC_2/ZA27复合材料。研究了Ti_3AlC_2颗粒含量对Ti_3AlC_2/ZA27复合材料的硬度、密度,拉伸强度和弯曲强度的影响。结果表明界面处的微弱化学反应有助于提高复合材料的界面结合能力,进而提高Ti_3AlC_2/ZA27复合材料的机械性能。此外,随着Ti_3AlC_2颗粒含量增多,Ti_3AlC_2/ZA27复合材料的硬度和力学强度都随之增大,这主要归因于纳米尺度的Ti_3AlC_2颗粒的弥散增强结果。然而,随着Ti_3AlC_2颗粒增加到40 vol%,由于孔隙的增多,Ti_3AlC_2/ZA27复合材料的硬度和力学强度又出现下降。对比制得的4种Ti_3AlC_2/ZA27复合材料,30Ti_3AlC_2/ZA27复合材料具有最大的抗拉强度、抗弯曲强度以及维氏硬度,分别为310,528和1236 MPa。这些优异的性能除了归因于良好的界面结合,还归因于Ti_3AlC_2颗粒的细晶强化和弥散强化作用。     

TiC-Ti-Al-CNTs体系原位制备Ti_2AlC增强钛铝基复合材料

利用TiC-Ti-Al-CNTs体系的原位热压技术制备Ti2AlC增强的钛铝基复合材料。借助XRD和SEM分析不同配方对应产物的相组成、显微结构及性能。结果表明,由于CNTs的掺杂消耗了Ti,导致形成的产物组成不同。对于Ti2AlC/TiAl基复合材料,Ti2AlC增强相呈颗粒状分布,Ti2AlC含量低时,综合性能较好;对于Ti2AlC/TiAl3基复合材料,由于形成了搭接层状结构,弯曲强度和断裂韧度分别为290.97MPa和5.08MPa·m1/2,较TiAl3合金分别提高了79.62%和154%。     

Ti_3AlC_2材料的反应合成及其烧结行为（英文）

以Ti,Al和TiC为原材料,用无压煅烧合成法制备三元化合物Ti_3AlC_2。详细讨论了煅烧温度和铝含量对多晶Ti_3AlC_2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Ti_3AlC_2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Ti_3AlC_2块体试样,在1300℃热压制备的Ti_3AlC_2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Ti_3AlC_2块体材料的强化机理。     

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.     

钢管陶瓷内衬Ti_3AlC_2的耐磨性研究

研究了钢管陶瓷内衬Ti_3AlC_2的耐磨性能。试验结果表明:在摩擦过程中,摩擦产生的摩擦热使Ti_3AlC_2摩擦表面分解、氧化生成由Ti、Al、Fe和O组成的非晶态氧化物,这层氧化物起到了一定的润滑作用,在高的法向载荷或速度下,随着氧化物生成量的增加,Ti_3AlC_2材料的摩擦因数减小,主要是Ti_3AlC_2氧化层磨损,这种磨损方式保护了Ti_3AlC_2基体材料,因此以Ti_3AlC_2作为钢管陶瓷内衬材料将能够很好地保护钢管基体,延长钢管的使用寿命。     

Ti3AlC2掺杂SPS法制备Ti2AlC/TiAl复合材料的研究

通过2TiC-Ti-1.2Al体系的原位热压反应制备了Ti₃AlC₂陶瓷,然后以59.2Ti-30.8Al-10Ti₃AlC₂(wt%)为反应体系,采用放电等离子烧结技术制备出Ti₂AlC/TiAl基复合材料。借助XRD、SEM分析了产物的相组成和微观结构,并测量了其室温力学性能。结果表明：原位热压烧结产物由Ti₃AlC₂和TiC相组成,Ti₃AlC₂呈典型的层状结构,TiC颗粒分布在其间。SPS法制备的Ti₂AlC/TiAl基复合材料主要由TiAl、Ti₃Al和Ti₂AlC相组成,Ti₂AlC增强相主要分布于基体晶界处,表现为晶界/晶内强化作用。力学性能测试表明：Ti₂AlC/TiAl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/cm₃、5.37 GPa、7.17 MPa?m_1/2和494.85 MPa。     

热压烧结制备钛基合金TiAl+Ti及其显微结构

在1473 K,30 MPa,1.5 h的热压条件下直接烧结TiAl金属间化合物和Ti混合粉末,制备了钛基合金(TiAl+Ti)样品,采用XRD、SEM研究了2种不同成分配比对烧结产物相组成及显微结构的影响。结果表明,不同成分配比热压烧结体的显微组织分布相差较大,但相组成基本相同;对于TiAl和Ti体积比7:3的钛基合金样品,Ti粉末中Fe元素易于固溶到Ti_2Al和Ti_3Al中,析出相主要由TiAl、Ti_2Al(Fe)、Ti_3Al(Fe)和富Ti相组成;该比例的混合粉末在热压烧结过程中发生了不同程度的扩散反应,最终形成了组织渐变的Ti/Ti_3Al(Fe)//Ti_2Al(Fe)/TiAl显微结构。     

自生Ti2AlC/TiAl复合材料的组织及反应过程

采用自蔓延燃烧合成及真空电弧熔炼的方法,以碳纤维(Cf)、钛粉及铝粉为原料,合成了Ti2AlC/TiAl复合材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)分析了复合材料的物相组成和微观结构,讨论了原位合成Ti2AlC的反应和二次Ti2AlC的析出过程。结果表明,复合材料铸锭由Ti2AlC、TiAl和Ti3Al3相组成,基体由α2(Ti3Al)+γ(TiAl)片层和γ(TiAl)等轴晶粒构成,原位自生的Ti2AlC分布均匀,呈短纤维状或颗粒状。1200℃均匀化热处理促使Ti3Al分解为TiAl和Ti2AlC,导致Ti2AlC粗化,同时基体表面析出细小的二次Ti2AlC颗粒。     

烧结温度对Ti_3AlC_2/ZA27复合材料性能的影响

以Ti_3AlC_2粉和锌铝合金ZA27粉作为原料,采用行星球磨混料和气氛保护烧结工艺制备了Ti_3AlC_2颗粒增强ZA27复合材料,重点研究了烧结温度对复合材料的相组成、力学性能和显微组织的影响。结果表明,随烧结温度的升高,复合材料的相对密度、维氏硬度、抗弯强度和抗拉强度都增大,且在870℃时抗弯强度和抗拉强度都达到最大值,分别为592和324 MPa。该温度下Ti_3AlC_2与ZA27之间发生了微弱的化学反应,有利于改善基体与颗粒增强相之间的界面结合效果。     

原位热压反应制备高性能亚微米层状Ti_3C_2/(Cu-Al)金属陶瓷

以Ti_3AlC_2和Cu粉作为原料,在1150 ℃下原位热压反应制备了具有亚微米层状结构的Ti_3C_2/(Cu-Al)金属陶瓷材料.XRD、SEM和TEM分析表明,这种亚微米层状结构的形成,归因于Ti_3AlC_2与Cu的高温反应引发Ti_3AlC_2层状结构解离、Al原子溶脱,固溶入周围的Cu中形成Cu-Al固溶体,Al溶出后的Ti_3AlC_2中原始Ti_3C_2层规律性聚集、最终形成厚度为150 nm左右的Ti_3C_2层与Cu-Al层交替层叠结构.由于这两种结构之间的牢固结合以及Cu-Al相构成的空间网络结构,使得此金属陶瓷材料具有优异的力学性能和电学性能.其抗弯强度超过1200 MPa,并具有良好的断裂韧性和导电性.     

受电弓材料Ti_3AlC_2和Cu-Ti_3AlC_2的电弧烧蚀性能对比（英文）

经过2,5,7,9 kV放电电压作用后,分析了受电弓材料Ti_3AlC_2和Cu-Ti_3AlC_2的电弧烧蚀性。Cu-Ti_3AlC_2材料的电弧寿命和击穿电流都比Ti_3AlC_2的低。用高速摄影机记录2种材料的电弧形态。结果表明,Ti_3AlC_2上的电弧要比Cu-Ti_3AlC_2的电弧更加集中,伴随着更多的液滴飞溅。采用扫描电镜(SEM)观察了被侵蚀的2种材料表面情况。和Cu-Ti_2AlC_2的表面相比,Ti_3AlC_2的表面更加不均匀,表面覆盖有"孔洞","显微裂纹"和"飞溅物"。计算了不同电压下的电弧能量,在相同电压下,Cu-Ti_3AlC_2材料的电弧能量小于Ti_3AlC_2材料。采用拉曼光谱法测定了被烧损样品表面的成分。实验表明,Cu-Ti_3AlC_2更适合于做受电弓材料。     

TiAl/Ti_2AlNb放电等离子扩散接头的组织性能研究

采用放电等离子扩散连接方法,对TiAl/Ti_2Al Nb合金进行了扩散连接,分析了焊接接头的显微组织和物相组成,并检测了焊接接头的拉伸强度和显微硬度。结果表明,放电等离子扩散焊可实现TiAl合金和Ti_2AlNb合金的无缺陷连接。焊接过程中Ti_2AlNb母材侧发生了O/α_2向B_2相转变,Ti_2AlNb热影响区由部分相变区、过渡区和完全相变区组成,TiAl母材侧显微形貌无明显变化,但有少量的α_2转变为α相;界面处组织由等轴的TiAl晶粒、(α+α_2)相和少Nb的B_2相构成;界面处显微硬度值最高;接头室温拉伸强度可达300 MPa。     

Ti_3AlC_2与Cu合金的电弧焊接

采用无焊料电弧焊方法对Ti_3AlC_2陶瓷与Cu(Mg)合金进行焊接.观察分析了接头组织结构和物相组成,测试了焊接试样的弯曲强度.结果表明,Ti_3AlC_2陶瓷和Cu(Mg)合金之间具有良好的可焊接性.在适当的焊接工艺下,接头具有典型显微结构:在靠近Cu(Mg)合金的区域,自生成的细小TiCx颗粒均匀弥散在Cu(Ti, Al, Mg)合金网络内;在靠近Ti_3AlC_2陶瓷的区域,形成TiC_x相与Cu(Ti, Al, Mg)合金相交替层叠的特殊结构.焊接试样的断裂发生在Ti_3AlC_2陶瓷部分,表明接头的抗弯强度高于被焊接的Ti_3AlC_2陶瓷材料.     

多步热处理对Ti2AlC/TiAl复合材料组织与性能的影响

利用放电等离子烧结(SPS)技术,原位制备了Ti2AlC/TiAl复合材料,研究了多步热处理对Ti2AlC/TiAl显微组织与力学性能的影响.结果表明,通过多步热处理,Ti2AlC/TiAl的力学性能得到明显改善.其中在1390℃热处理时,弯曲强度达到957.9 MPa,断裂韧性达到20.73 MPa·m1/2.通过多步热处理,可以得到双态组织和晶粒更为细小均匀的近y组织的TiAl基体,复合材料的断裂模式转变为穿晶解理断裂.在热处理过程中,Ti2AlC能够显著抑制TiAl基体中y晶粒和α2/y层片晶团的长大,并且在一定程度上,阻碍α2/y层片晶团的形成.     

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.     

燃烧合成Ti_3AlC_2及其热稳定性

采用燃烧合成技术,通过改变Ti、Al和C 3种粉末的比例制备出高纯度的Ti_3AlC_2块体材料,并对其在氩气中的高温热稳定性进行了研究.X射线衍射(XRD)表明合成产物除了含有Ti_3AlC_2外,还含有少量TiC和Ti-Al金属间化合物,经k值法计算得Ti_3AlC_2最高含量为96.7%.耦合等离子-原子发射光谱(ICP-AES)结果表明最高纯度的合成产物中Ti、Al质量分数分别为74.2%和13.7%,与Ti_3AlC_2中Ti和Al含量十分接近.利用SEM对燃烧产物断口进行了观察,发现明显的层片状结构.热重-差热(TG-DTA)结果表明燃烧合成的高纯Ti_3AlC_2在加热过程中没有明显的热效应,说明合成的产物处于近似平衡状态.Ti_3AlC_2的分解温度在1370 ℃左右,同时由于氧化作用而导致试样质量略有增加.     

Cu包覆Ti_2AlC复合粉体及其增强铝基复合材料的制备

采用机械合金化的方法,以Cu和Ti_2AlC粉作为原料,制备了Cu包覆Ti_2AlC复合颗粒。研究了Cu、Ti_2AlC体积比和球磨时间对包覆效果的影响,并将包覆颗粒与Al粉混合后采取干压成型、无压气氛保护烧结的方法制备了Cu包覆Ti_2AlC增强铝基复合材料。实验结果表明,Cu体积含量为30%,球磨时间为10 h时,能制备出包覆效果良好的复合颗粒;球磨的高能量使Cu和Ti_2AlC在垂直于Ti_2AlC c轴方向发生机械合金化,从而使得Cu的包覆较为牢固;Cu包覆Ti_2AlC增强铝基复合材料的烧结产物主要为Ti_3AlC2、Al、Al_2Cu、Al_3Ti和Al_2O_3,其复合材料较为致密,增强颗粒分布较为弥散。