Sm_2O_3掺杂强韧化TiAl复合材料

以Ti,Al,TiO2和Sm2O3为原料,利用原位合成法制备Al2O3/TiAl复合材料;并借助XRD、SEM和力学性能测试,研究Sm2O3掺杂对Al2O3/TiAl复合材料微观结构和力学性能的影响。结果表明：掺杂Sm2O3的Al2O3/TiAl复合材料由γ-TiAl/α2-Ti3Al基体相以及Al2O3、SmAl增强相组成;掺杂Sm2O3细化了复合材料的微观结构,改善了TiAl复合材料的力学性能;当Sm含量为5%（质量分数）时,该复合材料的弯曲强度和断裂韧性达到最大,分别为658.9MPa和10.13MPa·m1/2。     

Er掺杂强韧化Al_2O_3/TiAl复合材料

以Ti、Al、TiO2为起始原料,以Er2O3为掺杂剂,原位热压合成了Er掺杂Al2O3/TiAl复合材料。通过XRD、SEM分析及力学性能测试,研究了不同Er2O3引入量对合成Al2O3/TiAl复合材料微观结构和力学性能的影响。结果表明:复合材料主要由TiAl、Ti3 Al、Al2 O3相和少量Al10 Er6 O24相组成,含Er相主要分布在基体相晶界处;掺杂0.01 mol Er2 O3制得的复合材料,经1250℃保温2 h真空热压烧结后表观断裂韧性达到最大值(10.41 MPa.m1/2),经1300℃保温2 h真空热压烧结后弯曲强度达到最大值(456.06 MPa);当Er2O3掺杂量增加到0.02 mol时,复合材料的弯曲强度和表观断裂韧性均呈减小趋势。微观结构分析表明,掺杂0.01 mol Er2O3的复合材料断口毛糙,颗粒尺寸变小,增强相分布较均匀,表明适量的Er2O3掺杂可细化复合材料晶粒尺寸,提高增强颗粒分布均匀度,起到增强增韧的效果。     

Al2O3/TiAl复合材料的原位合成及反应机制的研究

利用Al-Ti-TiO2体系的放热反应,原位合成了Al2O3/TiAl复合材料.借助示差热分析法探讨了体系的反应机制,采用XRD、SEM和OM分析了复合材料的相组成及显微组织.结果表明,原位合成Al2O3/TiAl复合材料由TiAl、Ti3Al和Al2O3相组成,Al2O3颗粒分布于TiAl和Ti3Al双相交界处,并存在一定团聚.随其含量增加,团聚程度加剧,晶粒尺寸减小.Ti和Al反应生成TiAl3放出的热量使部分TiAl3相处于液相状态,熔融的体积分数约为87.87%,液相的存在提高了颗粒间的润湿性,同时放出的热量是引发后续反应的原因之一.TiAl3与Al-TiO2的还原反应生成的活性Ti原子结合最终生成了TiAl和Ti3Al相.     

原位合成Al2O3颗粒增强双相TiAl基复合材料的组织与性能

以Ti-Al-TiO2反应体系为基础,添加不同含量的Nb2O5粉,采用压力协助原位合成Al2O3颗粒增强的双相TiAl基复合材料,对复合材料的组织和力学性能进行了分析讨论,并探讨了其增韧机制。结果表明：Nb2O5的掺杂使复合材料的相对密度和硬度得到提高,抗弯强度和断裂韧性在Nb2O5掺杂量为6%（质量分数）时达到最大,分别为398.38 MPa和6.992 MPa.m1/2。微观组织分析表明,获得了双相组织,Al2O3颗粒分布于基体晶界处;随Nb2O5的掺杂量增大,Al2O3颗粒呈细小弥散分布,同时基体晶粒尺寸也减小。双相基体晶粒的细化及Al2O3颗粒的弥散分布是赋予材料高韧性的主要增韧机制。     

Nb2O5掺杂原位合成Al2O3/TiAl复合材料的组织与性能

以Ti、Al、TiO2和Nb2O5混合粉原位反应合成Al2O3/TiAl复合材料.借助差热分析探讨体系的反应过程,并对合成产物的微观结构和力学性能进行研究.结果表明:由于铝热反应释放了大量热量导致体系内温度较高,反应较早进行,利于实现低温致密化烧结.1200℃烧成后获得了γ ((α2/γ)双相组织.Nb2O5的加入细化了复相组织,提高了自生Al2O3颗粒的分散度及产物的致密度.加入适量Nn2O5后,复合材料的维氏硬度、抗弯强度和断裂韧性得到不同程度的提高;在Nb2O5掺杂量为6wt%时,硬度达到4.84GPa,抗弯强度为642MPa,断裂韧性达6.69 MPa·m1/2.复合材料的强化机制主要是由于Nb205的加入改善了复合材料的微观组织和使得Al2O3呈弥散分布.     

Nb2O5对Al2O3／TiAl复合材料结构与性能的影响

利用Ti-Al-TiO2体系的放热反应,采用热压工艺原位合成了Al2O3/TiAl复合材料.研究了Nb2O5加入量对复合材料结构与力学性能的影响.结果表明,相组成中有γ-TiAl、α2-Ti3Al、Al2O3和NbAl3相.随Nb2O5加入量的增大,复合材料的密度、相对密度和硬度逐渐增大;抗弯强度和断裂韧度在加入量为6%时达到最大,分别为398.5 Mpa和6.99 Mpa·m1/2,此后随其含量增大而降低.组织分析表明,随Nb2O5加入量的增加,Al2O3粒子团聚度减弱,沿晶界弥散分布,双相γ+α2片层组织不断细化,结构更加均匀.Nb2O5对力学性能的影响主要表现在调节相含量和细化组织.     

原位反应合成TiN/Al2O3复合陶瓷

研究了Ti,Al和TiO2混合粉体经无特殊气氛保护的高能球磨和真空热压烧结工艺原位合成了TiN/Al2O3复合材料,该材料的抗弯强度达到850 MPa,断裂韧性为5.5 MPa.m1/2.利用DTA,XRD及SEM等手段的分析测试结果,结合热力学计算,研究了该粉体的高能球磨过程和球磨粉体在后续热处理中的物相形成及转化规律.结果表明:在球磨过程中粉料吸附并溶解了空气中的N2和O2气,在后续热压烧结处理中首先原位反应形成了Ti2AIN,Al2O3以及TiAl,Ti3Al,TiAl3等金属间化合物相.随温度的升高Ti2AIN逐渐分解形成TiN相,当热压温度升高到1300℃时,其它物相基本消失,从而形成了FiN/Al2O3复合材料.     

Cu/Al2O3(Cr2O3)复合材料的耐磨损性能

研究了不同工艺制备的Cu/Al2O3(Cr2O3)复合材料的耐磨损性能,结果表明:Cu/Al2O3(Cr2O3)复合材料的磨损机制以磨粒磨损为主.Cu/Al2O3复合材料的耐磨损性能要优于同样条件下制备的Cu/Cr2O3复合材料.当Al或Cr与Cu形成预合金后而进行原位氧化合成的Cu/Al2O3(Cr2O3)复合材料的耐磨性优于当未形成预合金粉末原位氧化合成的Cu/Al2O3(Cr2O3)复合材料的耐磨性.     

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.     

Sr对(Al2O3+Al3Zr)p/A356复合材料组织及性能的影响

采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)分析以及力学性能测试,研究了微量Sr对A356-Zr(CO3)2体系熔体反应法合成的(Al2O3 Al3Zr)p/A356复合材料组织及性能的影响.SEM分析结果表明,微量Sr变质后,原位合成的Al3Zr和Al2O3颗粒细小,颗粒尺寸大部分在2～3 μm之间;内生Al2O3、Al3Zr颗粒已不被凝固界面大量排斥和推移,而是大部分被捕捉进入固相,均匀分布在基体中;同时Sr使基体A356中Si相形貌从粗针状变为细小的颗粒状.力学性能测试结果表明,Sr变质后的复合材料的抗拉强度比未变质的复合材料提高了13.8%.     

Microstructures And Mechanical Properties Of In-Situ Al2o3/Tial Composites By Exothermic Dispersion Method

In-situ Al2O3/TiAl composites were fabricated by pressure-assisted exothermic dispersion （PAXD） method from elemental powder mixtures of Ti, Al, TiO2, and Nb2O5. The microstructures and mechanical properties of the as-sintered composites are investigated. The results show that the as-sintered products consist of γ-TiAl, α2-Ti3Al, Al2O3, and NbAl3 phases. Microstructure analysis indicates that Al2O3 particles tend to disperse on the grain boundaries. Application of a moderate pressure of 35 MPa at 1200℃ yields Al2O3/TiAl composites with fine Al2O3 reinforcement and a discontinuous network linking by Al2O3 particles. The aluminide component has a fine submicron γ ＋α2 lamellar microstructure. With increasing Nb2O5 content, Al2O3 particles are dispersed uniformly in the matrix. The hardness of the composites increases gradually, and the bending strength and fracture toughness of the composites reach to the maximum value, respectively.     

固液原位反应生成Al2O3（P）／Al复合材料的研究

采用CuO颗粒与Al熔体原位反应的方法制取了Al2O3(P)/Al复合材料,并对其显微组织、硬度及耐磨性进行分析和研究。试验结果表明：反应生成的Al2O3颗粒非常细小（2－5μm)弥散且均匀地分布于Al基体中,具有显著的增强效果,所得复合材料的硬度和耐磨性显著高于Al基体。     

Fe_(50-x/2)Al_(50-x/2)Cr_x体系掺杂钨精矿粉激光烧结合金组织及性能研究

以Fe_(50-x/2)Al_(50-x/2)Cr_x(x=4,8,12,16)体系粉末为基体,掺杂1%(质量分数)的钨精矿粉末,压制成坯。利用激光引燃自蔓延烧结制备原位自生颗粒增强复合材料。采用OLYMPUS4000、XRD等微观组织结构表征手段及合金硬度、磨损性能等宏观力学性能及腐蚀性能测试方法,研究不同Cr粉含量对烧结合金组织及性能的影响。结果表明:烧结合金物相主要为Fe_3Al,Al_2O_3,AlCrFe_2,Cr_2O_3及硬质颗粒相W。当Cr含量为8%时,烧结合金内部针状组织细小致密,物相有较好的分散性;磨损率相对较低,为0.38 mg/mm~2。当Cr含量为12%时,烧结合金硬度最高,为11 450 MPa;自腐蚀电位最大,为327.643 mV;腐蚀电流密度最小,为1.044 m A·cm~(-2),腐蚀速率最低。     

MICROSTRUCTURES AND MECHANICAL PROPERTIES OF IN-SITU Al2O3/TiAl COMPOSITES BY EXOTHERMIC DISPERSION METHOD

In-situ Al2O3/TiAl composites were fabricated by pressure-assisted exothermic disper-sion (PAXD) method from elemental powder mixtures of Ti, Al, TiO2, and Nb2O5.The microstructures and mechanical properties of the as-sintered composites are in-vestigated. The results show that the as-sintered products consist of γ-TiAl, α2-Ti3Al,Al2O3, and NbAl3 phases. Microstrueture analysis indicates that Al2O3 particles tend to disperse on the grain boundaries. Application of a moderate pressure of 35 Mpa at 1200℃ yields Ab2O3/TiAl composites with fine Al2O3 reinforcement and a dis-continuous network linking by Al2O3 particles. The aluminide component has a fine submicron γ+α2 larnellar rnicrostructure. With increasing Nb2O5 content, A1203 par-ticles are dispersed uniformly in the matrix. The hardness of the composites increases gradually, and the bending strength and fracture toughness of the composites reach to the maximum value, respectively.     

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。     

EB-PVD制备TiAl/NiCoCrAl微层板复合材料氧化性能研究

采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术制备了TiAl/NiCoCrAl微层板复合材料,并对其在850℃空气条件下的抗氧化性能进行了研究,利用XRD和SEM对试样进行相组成和微观结构进行分析。结果表明:TiAl/NiCoCrAl微层板具有较好的抗氧化性能,其恒温氧化动力学曲线均近似符合抛物线规律。而TiAl/NiCoCrAl微层板的高温氧化机制为:表层的Al首先氧化生成多孔结构的Al2O3单层膜;随后内部TiAl层中的Ti元素穿越NiCoCrAl层到达表面生成(TiO2+Al2O3)的氧化层;最后NiCoCrAl层中的Ni和Cr会形成以Cr2O3和NiCr2O4相为主的致密的外层氧化膜,这是其抗氧化性能显著提高的根本原因。     

原位Al2O3颗粒增强ADC12复合材料的制备与组织的研究

将Al粉和B2O3粉球磨并压制成预制块,然后破碎成混合粉末加入ADC12铝熔体,采用高能超声—熔体直接反应法,并在585℃保温15 min制备了Al2O3颗粒增强ADC12复合材料.用XRD、SEM及EDS分析第二相的分布、形貌以及成分,用金相显微镜分析复合材料的半固态组织.结果表明:利用Al-B2O3体系制备了原位Al2O3颗粒增强ADC12复合材料,生成的Fe2B减少了复合材料中的杂质Fe,复合材料半固态组织细小、均匀、圆整,且硬度随着加入的混合粉末的质量分数的增加而增大.加入质量分数为3％的混合粉末制备的原位Al2O3颗粒增强ADC12复合材料半固态组织细小、圆整、较均匀分布,硬度较基体的90 HV提高了25.6％.     

C/Al2O3复合材料的固体粒子冲蚀行为与磨擦磨损性能研究

以溶胶浸渍热处理技术路线制备的碳纤维布叠层缝合预制件增强Al₂O₃(C/Al₂O₃)复合材料为对象,以刚玉粉为介质,研究了复合材料的固体粒子冲蚀行为,按照GB5763-2008规定的条件研究了复合材料的磨擦磨损性能。室温下,复合材料冲蚀率随着冲击角度与送粉量的增大而增加;温度升高,由于机械冲击和热冲击的双重作用,冲蚀率显著变大。在GB5763-2008规定的条件下,C/Al₂O₃复合材料具有稳定的摩擦系数和很低的磨损率。结合微观形貌分析,探讨了复合材料的冲蚀与磨损机理。得益于连续碳纤维的补强增韧作用,即使基体致密度低于单体Al2O3陶瓷,C/Al₂O₃复合材料在冲蚀和磨损时不会发生脆性断裂,使用安全性优于单体Al₂O₃陶瓷。     

Reaction procedure of a graphite fiber reinforced Ti-Al composite produced by squeeze casting-in situ reaction

The in situ reaction procedure and microstructure evolution of a graphite fiber reinforced Ti-Al composite (Grf/Ti-Al) was investigated, and the stability of TiAl3 at high temperature was discussed. As-cast material was prepared by pressing molten pure aluminum into a preform, which was composed of titanium particles and graphite fibers. The in situ reaction procedure of the as-cast material was investigated by differential scanning calorimetry (DSC), and phases in the products were detected by X-ray diffraction (XRD). Experimental results showed that TiAl3 was formed first. With an increase in temperature, TiC and Al4C3 were observed, but TiAl3 decreased. In the final product, Al2O3 and TiO2 were observed. It was considered that the previous forming TiAl3 decomposed, then TiC precipitated, and subsequently, oxidation resulted in the formation of Al2O3 and TiO2.