TiC/Ti层状复合材料组织与力学性能研究

为了平衡钛基复合材料（titanium matrix composites, TMCs）的强度和延展性,通过电泳沉积将氧化石墨烯（graphene oxides, GOs）沉积到Ti箔表面,然后进行放电等离子烧结（spark plasma sintering, SPS）制备了具有层状结构的原位TiC/Ti复合材料,并对复合材料进行冷轧和退火处理从而进一步优化复合材料的综合力学性能。结果表明,烧结过程中,Ti箔表面的GOs与Ti基体反应形成了原位TiC,从而形成了TiC/Ti层状复合材料,随着沉积时间的增加,分布在Ti层之间的TiC的含量增加;复合材料经过冷轧和退火后,退火态材料的晶粒为等轴晶,且TiC仍然保持层状分布特征。沉积时间120 s时,烧结态材料的抗拉强度（UTS）为555 MPa,伸长率（δ）为15%;退火态材料的抗拉强度为568 MPa,伸长率为27%,相比于烧结态材料,退火态材料达到了较好的强塑性匹配。此外,基于微观组织及断裂行为的分析对复合材料的强韧化机制进行了讨论。     

石墨烯-Cu/Ti6Al4V复合材料的制备及力学性能

采用表面无敏化、无活化的化学镀铜法对石墨烯进行表面镀铜,并通过微波烧结法(烧结温度为1000℃)制备石墨烯(GNPs)/Ti6Al4V、石墨烯(GNPs)-Cu/Ti6Al4V复合材料,探讨石墨烯表面镀铜后对钛基复合材料显微组织和性能的影响。结果表明:石墨烯表面成功镀覆一层较均匀分布的铜颗粒,石墨烯与基体Ti界面反应严重,容易生成粒径为2~5μm的TiC;石墨烯表面镀铜后,界面反应产生的TiC含量增多,同时引入了Ti_2Cu相。相比于单纯外加石墨烯,石墨烯表面镀铜后,微量铜降低了烧结温度,提高了复合材料的力学性能,其致密度、显微硬度、压缩强度分别达到96.55%、534HV_(0.1)、1602MPa,室温磨损机制由基体(Ti6Al4V)的磨粒磨损转变为GNPs-Cu/Ti6Al4V复合材料的粘着磨损。     

高体积含量TiC/Fe复合材料的制备及力学性能

以TiC粉、还原铁粉和羰基铁粉为原料,采用行星球磨混料、冷压成型后无压烧结工艺制备了TiC颗粒体积含量为70%~90%的TiC/Fe复合材料,重点研究了羰基铁粉添加量、烧结温度及TiC体积含量对TiC/Fe复合材料的微观结构和力学性能的影响。结果表明:羰基铁粉的最佳添加量为铁基体粉体积含量的60%。当TiC体积含量一定时,随烧结温度的升高,TiC/Fe复合材料的相对密度、维氏硬度与弯曲强度均先增大后减小,经1500℃烧结后,复合材料的综合性能最佳。其中,70%TiC/Fe的相对密度及弯曲强度最高,分别为99.5%和437MPa;80%TiC/Fe的维氏硬度最大,为12.2GPa。     

熔炼温度对TiC/ZA70复合材料显微组织和力学性能的影响

采用原位合成法将Al-Ti-C粉末预制块加入到ZA70熔体中,成功制备了TiC颗粒增强ZA70铝基复合材料,研究表明：在900 ℃熔炼温度下,复合材料中有长条状中间相Al3Ti相存在,而在1 300 ℃熔炼温度下,复合材料中只有TiC颗粒形成;TiC颗粒的加入提高了复合材料的室温和高温强度,但伸长率略有下降,但Al3Ti相存在会削弱TiC颗粒的强化效果.     

放电等离子烧结TaC/Ti复合材料的组织与力学性能

采用放电等离子烧结(SPS)制备碳化钽(TaC)颗粒增强钛基复合材料,通过X射线衍射仪、扫描电镜和电子探针分析了复合材料的微观组织和力学性能。结果表明：SPS制备方法在温度高于800 ℃烧结可得到致密TaC/Ti复合材料;TaC显著提高钛的硬度和强度,加入5%TaC复合材料的维氏硬度高于500 MPa,抗弯强度高于600 MPa;烧结过程中发生固相扩散反应,TaC与金属钛反应被消耗,析出分布均匀的(Ti,Ta)C1-x碳化物,分解出的Ta固溶于钛金属基体;第二相强化与固溶强化2种强化机制的共同作用使复合材料强度、硬度大幅度提高     

放电等离子烧结制备Ti/TiC/C层状复合材料的研究

以Ti和C片状材料为原料,利用放电等离子烧结(SPS)技术制备了具有层状结构特征的Ti/TiC/C复合材料,研究反应界面的性质和状况,讨论了烧结温度对界面反应层的影响。结果表明:采用放电等离子烧结技术可制备出Ti/C叠层复合材料;材料的界面反应程度与烧结温度有关。随着烧结温度的升高,反应层的厚度增大,烧结温度达到1500℃时界面反应程度较好,反应层的厚度达到32.6μm;进一步提高烧结温度,将会使Ti发生熔化,无法得到Ti/C叠层复合材料。     

球磨与烧结对Al2Ti3V2ZrB/2024Al复合材料组织与硬度的影响

利用粉末冶金方法制备了Al2Ti3V2ZrB/2024Al复合材料,研究了球磨工艺和烧结温度对复合材料微观组织和硬度的影响。结果表明,球磨时过高的球磨速度或过长的球磨时间均会造成Al2Ti3V2ZrB颗粒的团聚,影响复合材料的组织均匀性。在球磨速度为150r/min下球磨5h,Al2Ti3V2ZrB颗粒在2024Al基体中的分布最均匀,复合材料的硬度最高。当烧结温度低于510℃时,Al2Ti3V2ZrB颗粒在2024Al基体中分布比较均匀,复合材料密度和硬度随烧结温度升高逐渐增加;超过510℃后Al2Ti3V2ZrB颗粒开始团聚,复合材料密度和硬度下降,在510℃制备的复合材料具有最高的硬度。     

聚碳硅烷原位自生增强钛基复合材料的组织及性能

以低氧氢化脱氢钛粉和陶瓷先驱体聚合物聚碳硅烷(PCS)为原料,通过粉末冶金工艺原位自生制备高强高塑钛基复合材料,探究了PCS的引入对钛基复合材料的控氧效果、烧结致密化过程、基体显微组织和力学性能的影响规律。结果表明:采用湿混包覆工艺可以将PCS包覆于Ti粉表面,有效控制材料制备过程中的氧增,其中制备的Ti-1.0%PCS(质量分数,下同)复合材料的氧质量分数为0.21%～0.24%,显著低于未经处理的CP-Ti样品(0.36%～0.41%)。在烧结过程中,PCS受热分解并与Ti基体原位反应生成TiC颗粒,弥散分布在基体中,而Si元素则固溶于Ti基体。PCS的引入对Ti基体的性能具有明显的改善作用,经1200℃/2 h烧结制备的Ti-1.0%PCS复合材料致密度达到98.4%,洛氏硬度为37.1 HRC,屈服强度为544 MPa,抗拉强度为650 MPa,延伸率为14.5%,其综合性能指标显著优于CP-Ti样品。     

Ti3SiC2／TiC陶瓷复合材料高温压缩性能

以Ti3SiC2和TiC粉为原料，采用热压烧结方法，在外加应力25MPa，烧结温度1300℃条件下，制备了Ti3SiC2／TiC陶瓷复合材料，并研究了复合材料的高温压缩性能。实验结果表明，复合材料在恒应变速率下出现了明显的屈服现象，并呈现塑性变形特征；复合材料在低于韧脆转变温度时其断裂方式主要是脆性断裂，当变形温度达到韧脆转变温度后，复合材料产生大量塑性变形，同时材料的强度明显降低。     

Ti-BN粉末冶金原位制备Ti(N)-TiBw复合材料

本文以纯Ti粉末和BN粉末为原料,采用放电等离子烧结技术(SPS)通过原位反应制备了Ti(N)-TiBw复合材料,研究了退火温度对Ti(N)-TiBw复合材料显微组织演化和力学性能的影响。结果表明:在1000 ℃进行烧结时,Ti与BN发生原位反应生成了TiBw和N固溶复合增强钛基复合材料。TiBw以针状形式呈网络状分布于一次颗粒边界处,随着热处理温度的升高,TiBw的长径比先增大后减小,在1100 ℃时达到最大值。而在1100 ℃以上退火处理时,TiBw逐渐发生粗化,微观形貌从针状变成短棒状,其对基体的钉扎效果明显减弱,Ti基体晶粒尺寸逐渐粗化,TiBw的形貌演变遵循Ostwald熟化机制。随着热处理温度的升高,材料的强度先提高后降低,在1000 ℃达到最大值,为908 MPa。材料强度的提升归因于晶粒细化、TiBw载荷传递和O/N的固溶强化。     

TiC颗粒强化钛基复合材料的高温拉伸特性

用预处理熔铸工艺制备的TiC颗粒增强钛基复合材料的室温和300℃～700℃拉伸性能测量表明：复合材料相应于未复合基体合金的强度增量在温室达到24%,而到650℃降为4%,表明复合材料的显微组织有利于室温和低于650℃中的等温度强化;400℃～500℃时出现动态变时效,但延性并未明显下降,意味着PTMP工艺制成的TiC/Ti复合材料间隙元素含量低;300℃～500℃下加工硬化明显增加,可能与复合体中位错密度度增加有关。     

放电等离子原位烧结制备TiC＋TiB／Ti复合材料

采用放电等离子烧结（SPS），通过Ti与B4C之间的原位反应合成TiC＋TiB／Ti复合材料。首先通过热力学计算判断可能发生的反应，利用x射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）对球磨混合粉以及烧结后材料的相组成和显微组织进行了研究，测定材料的相对密度和硬度，并探讨了Ti与B4C采用放电等离子烧结制备TiC＋TiB／Ti复合材料的致密化过程和反应机理。结果表明，采用SPS技术，在1150℃保温5min的条件下，Ti与B4C能同步完成反应、烧结、致密化，生成TiC＋TiB／Ti复合材料，并且原位生成的增强相分布均匀且细小。     

新型Al基复合结合剂金刚石复合材料的制备

采用Al/Ti/C/Diamond粉体为原料,通过原位反应烧结技术,制备Al/TiC金属陶瓷复合结合剂金刚石材料.采用X射线衍射、扫描电镜及能谱仪分析试样.结果表明,在1000℃保温1h,反应烧结得到Al/TiC金属陶瓷复合结合剂金刚石材料;Al含量较低时,产物基体的主相为Al和TiC;当Al含量较高时,产物基体的主相则为Al和M3Ti;基体与金刚石具有良好的结合.该复合材料具有良好的力学性能,其硬度最高达97.7 HRC.     

等离子烧结Al35Ti15Cr20Mn20Cu10/6061Al复合材料的组织与性能

采用机械合金化与放电等离子烧结工艺制备了体积分数为5%的Al35Ti15Cr20Mn20Cu10增强6061Al复合材料,重点研究了烧结温度对轻质高熵合金增强铝基复合材料微观组织及力学性能的影响。当烧结温度为540℃时,复合材料的致密度最大为98.6%。此时复合材料基体与增强体之间产生明显过渡层,界面结合以扩散结合为主。随着烧结温度升高,复合材料的屈服强度出现先上升后下降的趋势。当烧结温度为540℃时,复合材料的屈服强度达到186MPa,相比基体的屈服强度提升了约75%,复合材料的屈服强度接近Iso-strain模型的计算值。     

GNPs-Cu/Ti6Al4V复合材料热压烧结工艺优化及组织性能

以TC4钛合金粉为基体,石墨烯(GNPs)为增强相,采用真空热压法制备了质量分数为0.3％的GNPs-Cu/Ti6A14V复合材料.通过正交试验探讨了烧结温度、压力、保温时间对复合材料相对密度、显微硬度和抗压强度的影响.结果 表明:烧结温度是影响复合材料相对密度、显微硬度和抗压强度的关键因素,压力和保温时间对其影响较小.最优的烧结工艺为温度1150℃、压力35 MPa和保温时间40 min,此时复合材料的相对密度、显微硬度和抗压强度最佳,分别为99.34％,585.4 HV0.1和2382 MPa.GNPs-Cu/Ti6A14V复合材料中主要除α-Ti和β-Ti外,还存在TiC和Ti2Cu相,在其压缩断口有较完整GNPs存在.     

碳纤维增强纯钛烧结过程中TiC形成的影响因素及形态特征

以Ti粉和碳纤维为原料,采用氩气保护常压烧结的工艺方法,改变烧结温度等工艺参数和碳纤维的形态,获得了α-Ti与C纤维复合材料样品。利用SEM分析、微区成分分析和XRD物相分析,证明了烧结过程中Ti原子与C原子在Ti基体与碳纤维的界面反应生成了TiC,并有以碳纤维为导向形成TiC纤维的趋势。通过显微组织、显微硬度等辅助分析,考察了工艺参数对TiC形成及微观形态的影响规律。结果表明,氩气保护常压烧结时,随着烧结温度的提高,Ti基体与碳纤维的界面形成的TiC形态发生了显著变化,由致密的纤维状向具有显著颗粒构成的纤维状转化,碳纤维粉末化后加入时形成了分散的粒状TiC。     

烧结温度对Ti2SnC/TiC复合材料摩擦磨损特性的影响

以Ti、Sn和C的单质粉体为原料,通过放电等离子烧结技术合成Ti2SnC和TiC的复合材料.研究烧结温度对Ti2SnC/TiC复合材料组织和摩擦磨损等性能的影响.结果表明,烧结温度低于700℃时,烧结块体主要由Ti6Sn5相组成;烧结温度升高到900～1000℃时相组成变为Ti2 SnC+ TiC;当温度高于1000℃时Ti2SnC有分解迹象.1000℃烧结的复合材料具有较低的硬度和较小的摩擦因数.     

热处理温度对Si3N（4p）/Al复合材料组织和性能的影响

对压力浸渗制备的Si3N4p/Al复合材料在800-950℃下进行热处理,测试复合材料的相组成、弯曲强度、硬度和断裂韧度变化,观察复合材料断裂特征。结果表明,850℃是一个重要的热处理温度点,在此温度下-βSi3N4和Al开始发生显著的界面反应;对Si3N4p/Al复合材料进行850℃以上热处理可以提高复合材料的硬度、强度,但断裂韧度有所下降;950℃热处理的45vol%Si3N4p/Al复合材料弯曲强度达到498MPa,硬度达到373HBS5/750,断裂韧度为7MPa.m^1/2,具有良好的强韧性配合;复合材料断裂以Si3N4陶瓷颗粒脆性解理和铝合金塑性撕裂两种形式为主,少有陶瓷颗粒/铝基体界面解离的情形。     

Ti3AlC2与Fe在高温下的反应行为（英文）

通过TG-DTA、XRD、SEM和EDS的分析,研究Ti3AlC2与Fe在高温下的互相反应。结果表明,当烧结温度在659.9℃以上时,Ti3AlC2与Fe主要以放热反应为主,当烧结温度为760~1045℃时,Ti3AlC2与Fe之间的反应较弱,并开始生成TiC0.625相;随着烧结温度升到1045℃时,Ti3AlC2的衍射峰逐渐消失,烧结产物的衍射峰只有TiC0.625和Fe(Al)固溶体;随着温度的进一步升高,烧结产物的衍射峰基本为TiC0.625和Fe(Al)固溶体不变。采用SEM和EDS分析可知,该反应主要发生了两个过程,其一,Ti3AlC2发生了分解,Ti3AlC2中的Al发生了析出,并固溶到基体的金属相中形成Fe(Al)固溶体,而Ti3AlC2中Ti和C则形成了TiC0.625陶瓷相。其二,Fe原子沿着Ti3AlC2分解形成的Al空位渗入到Ti3AlC2颗粒中,进而导致Ti3AlC2进一步分解成粒径更小颗粒。Ti3AlC2中Al的析出是导致Ti3AlC2在远低于其分解温度下就与Fe发生反应的主要因素。     

TiC含量对铁基复合材料力学性能及耐磨性能的影响

利用机械合金化(MA)和真空热压烧结(HP)的方法,以Ti粉、石墨粉和灰铸铁粉为初始原料,原位合成了TiC颗粒增强的铁基复合材料。利用XRD和FESEM (附带EDS)研究了复合材料的物相成分、微观结构和增强体的分布情况。利用密度测试仪、洛氏硬度计、电子万能试验机和销-盘式两体磨料磨损试验机分别测试了复合材料的密度、硬度、压缩应力-应变和抗两体磨料磨损性能。结果表明:在70 MPa压力下于1200℃烧结60 min制备的原位TiC颗粒增强的铁基复合材料只含TiC和α-Fe,并且TiC颗粒弥散均匀分布于Fe基体中。当原位TiC的含量为40%(质量分数)时,该复合材料的综合性能最佳,其相对密度和硬度分别达到96.54%和34 HRC (未热处理);同时压缩性能也最佳,其压缩弹性模量、屈服强度、最大压缩强度和断裂应变分别为19.6 GPa、420 MPa、605 MPa和6.1%;其具有最好的耐磨性能,当载荷为1.5 kg时,其相对耐磨性是纯灰铸铁的2.67倍。