喷射沉积18Ni(250)马氏体时效钢-(Al2O3)p复合材料的组织与性能

采用雾化喷射沉积成形技术制备了含10%(体积分数)Al₂O₃颗粒的18Ni(250)马氏体时效钢金属基复合材料.沉积坯件具有高致密度、增强颗粒均匀分布、无界面反应等组织特征.同基体合金相比,复合材料表现出加速时效行为.经热处理后复合材料的拉伸强度接近基体材料,耐磨性明显提高.采用显微力学探针技术研究了复合材料的时效行为,发现在Al₂O₃颗粒附近存在陡峭的弹性模量和硬度分布,是热错配应力造成的位错密度分布引起的析出相分布变化的结果.     

Al2O3含量对放电等离子烧结Al2O3/Cu复合材料组织与性能的影响

以微米级Cu粉为基体相,纳米Al₂O₃颗粒为绝缘相,采用机械球磨和放电等离子烧结工艺相结合的方法制备Al₂O₃/Cu复合材料,研究Al₂O₃含量对复合材料微观结构、电阻率和热导率的影响。结果表明,Al₂O₃/Cu复合材料为核?壳结构,随Al₂O₃含量增加,Al₂O₃包覆层对Cu基体的包覆效果逐渐提升;当w(Al₂O₃)为5%时,Al₂O₃/Cu复合材料的热导率较高,为85.92 W/(m·K),但电阻率偏低,仅为12.6 mΩ·cm。当w(Al₂O₃)增加至15%时,虽然Al₂O₃/Cu复合材料的密度降至6.69 g/cm³,孔隙率较高,但电阻率显著提高至2.09×10⁸ mΩ·cm,约为Cu电阻率的10¹¹倍,且热导率为7.6 W/(m·K),明显高于传统金属基板的热导率。     

Si对Ti3SiC2/Al复合材料的摩擦性能影响

MAX相因其独特的晶体结构和优良的自润滑性能受到广泛的关注,作为新型固体润滑剂添加到金属基复合材料可获得良好的摩擦磨损性能.采用铝粉、硅粉、Ti₃SiC₂粉为原材料,通过冷压成型无压烧结法制备了Ti₃SiC₂增强铝硅基复合材料.研究发现,复合材料的组成物相除Al、Si及外加Ti₃SiC₂相之外,在烧结的过程中生成了Al₂O₃和Al₄C₃随着硅元素含量质量分数的增加,大的圆球形Ti₃SiC₂逐渐减小,摩擦系数和磨损失重均呈现先减小后增大的规律.当硅的含量为12.5 %时,摩擦系数最低,其值为0.18,磨损失重也达最低;随着硅含量的增加,材料的硬度先增大后趋于平缓,致密度呈线性下降趋势.通过磨损表面SEM分析初步揭示了金属基自润滑的机理,复合材料的磨损机制为磨粒磨损、剥层磨损和氧化磨损并存.      

采用原位反应近液相线铸造法制备Al2O3p/Al-Cu基复合材料

采用原位反应近液相线铸造方法制备含有少量原位Al₂O₃颗粒的Al-Cu基复合材料,利用光学显微镜观察复合材料的铸态组织,并通过透射电镜观察复合材料中的原位Al₂O₃颗粒的分布与形貌,研究原位颗粒对近液相线铸造Al-Cu合金铸态组织形成机制的影响.结果发现:原位Al₂O₃颗粒比较均匀地分布于基体合金中,尺寸分布于1μm范围内,形貌呈多边形.随着原位Al₂O₃颗粒含量的增加,复合材料的铸态组织逐渐被细化和均匀化;当原位Al₂O₃颗粒的质量分数达到5.3%时,获得均匀细小的蔷薇状组织.     

ARZ陶瓷颗粒增强316L不锈钢复合材料的制备及性能

采用粉末冶金工艺制备了Al₂O₃增强ZrO₂(alumina reinforced zirconia,ARZ)陶瓷颗粒增强316L不锈钢(316L不锈钢/ARZ)复合材料，研究了ARZ陶瓷颗粒体积分数对316L不锈钢/ARZ复合材料的微观组织、相对密度、硬度、耐磨性的影响。结果表明：当ARZ陶瓷颗粒体积分数为20%时，复合材料的相对密度达到97.53%，与不锈钢基体相当；继续加入ARZ陶瓷，陶瓷颗粒发生团聚降低了复合材料相对密度。316L不锈钢/ARZ复合材料的硬度随着ARZ陶瓷颗粒体积分数的增高而增大，当ARZ陶瓷颗粒的体积分数为60%时，复合材料的硬度达到最大值HRB 96.8。复合材料耐磨性优于不锈钢基体，其中含有体积分数为60%ARZ陶瓷颗粒的复合材料体积磨损率较基体减少了4.2倍；随着ARZ陶瓷颗粒含量的增加，复合材料的耐磨性提高，复合材料的磨损机理主要为316L不锈钢的剥落。     

Al2O3La2O3Y2O3/Cu复合材料的电弧侵蚀特性研究

采用喷射沉积和内氧化法制备出Al₂O₃La₂O₃Y₂O₃/Cu复合材料,研究该材料在直流20 V/20 A的工作条件下触点的电弧侵蚀特性,并与Al₂O₃/Cu材料进行了对比分析.利用电子天平、扫描电镜等方法分析电弧侵蚀后触点的质量变化和表面微观结构.结果表明,通过添加Y₂O₃、La₂O₃稀土氧化物颗粒,可有效降低触头材料的材料转移量.Al₂O₃La₂O₃Y₂O₃/Cu材料的抗熔焊性和抗烧损性优于Al₂O₃/Cu材料的性能.在直流阻性负载条件下Al₂O₃La₂O₃Y₂O₃/Cu阳极触头表面形成凹坑,阴极触头表面形成凸起,触点表面显示出浆糊状凝固物和喷发坑等电弧侵蚀形貌特征.      

Al粉添加量对汽车用热压注成形Al2O3粉末组织和性能的影响

选择Al粉作为Al₂O₃粉末材料的改性剂, 采用热压注工艺制备汽车用Al₂O₃粉末材料试样, 研究不同Al粉添加量(质量分数)对Al₂O₃粉末材料组织结构和力学性能的影响。结果表明: Al₂O₃粉末热压注试样最大收缩率出现在长度方向, 最小收缩率出现于高度方向。随着Al粉质量分数的增加, Al₂O₃粉末热压注试样收缩率表现出先减小, 后稳定增加, 最后再减小的变化规律, 弯曲强度和体积密度降低, 气孔率显著升高, 试样挠度增高, 浇注得到更大孔径的结构, 同时试样中大尺寸孔径数量也显著增多。随着Al粉质量分数的增加, 试样中Al₂O₃衍射峰不断上升, 玻璃相的变化不大。加入质量分数8%的Al粉后, 试样断口区域生成了明显的颗粒结构, 说明试样主要发生沿晶断裂。     

CaO–Al2O3–SiO2复合烧结助剂添加量对ZrO2/Al2O3复相陶瓷性能的影响

以Al(NO₃)₃·9H₂O、Ca(NO)₂·4H₂O、C₈H₂₀O₄Si为原料, 采用高分子网络法制备出成分均匀、粒度分布为3~7μm、高活性的CaO–Al₂O₃–SiO₂复合烧结助剂; 将质量分数为3%、5%、7%、9%的CaO–Al₂O₃–SiO₂复合烧结助剂添加到Al₂O₃和ZrO₂原料粉体中, 经干压成型, 在1450℃烧结温度、保温4h的工艺条件下进行常压烧结制备得到ZrO₂/Al₂O₃复相陶瓷试样, 研究烧结助剂添加量对复相陶瓷力学性能和显微组织结构的影响。结果表明:当添加质量分数为5%的CaO–Al₂O₃–SiO₂复合烧结助剂时, ZrO₂/Al₂O₃复相陶瓷的综合性能最达到佳, 相对密度为94%, 显微维氏硬度为1204 MPa, 抗弯强度为321 MPa, 断裂韧性为4.52 MPa·m1/2。     

挤压致密超细WC/纳米Al2O3弥散强化铜基复合材料的组织性能研究

以纳米Al₂O₃颗粒、超细WC粉末、工业纯Cu粉末为原料, 通过热挤压致密获得了超细WC/纳米Al₂O₃弥散强化铜基(WC-Al₂O₃/Cu)复合材料, 研究了挤压态WC-Al₂O₃/Cu复合材料的微观组织及力学性能。结果表明: 成分为5% WC-2% Al₂O₃/Cu和10% WC-2% Al₂O₃/Cu (质量分数)的两种原料粉末, 经机械球磨、冷压、真空烧结和热挤压后, 其相对密度均达到了99%以上, 超细WC和纳米Al₂O₃强化相颗粒呈均匀弥散分布, 具有很好的导电性及力学性能; 其中, 5% WC-2% Al₂O₃/Cu复合材料的综合性能更佳, 其抗拉强度达到235.06 MPa, 延伸率为15.47%, 导电率可达85.28% IACS, 软化温度不低于900℃。     

稀土元素Ce对Cu-Al2O3复合材料组织及性能的影响

采用机械合金化与放电等离子烧结的方法制备了不同质量分数的Cu-Al₂O₃-Ce复合材料,研究了稀土元素Ce对Cu-Al₂O₃复合材料显微组织形貌及硬度、抗拉强度、导电率、摩擦磨损等物理性能的影响。结果表明:Cu-Al₂O₃-Ce复合材料中的陶瓷颗粒更加均匀弥散的分布在基体中;加入稀土元素Ce后的Cu-Al₂O₃-Ce复合材料硬度为HV 108.2、拉伸强度为301 MPa、断面伸长率为19.6%、导电率为54.51 MS·m-1,与Cu-Al₂O₃相比有明显提升;Cu-Al₂O₃的磨损机理主要为磨粒磨损,Cu-Al₂O₃-Ce主要为黏着磨损,当摩擦速率较大时,Cu-Al₂O₃-Ce的摩擦系数和体积磨损率更小,耐磨性能优于Cu-Al₂O₃。     

铝粉对Al2O3–MgO复合材料抗氧化性的影响

以烧结刚玉、α-Al₂O₃微粉、高纯镁砂、金属铝粉为原料, 酚醛树脂为结合剂, 制备Mg O–Al₂O₃和Al–MgO–Al₂O₃系复合材料, 样品成型后经过200℃烘干, 于1500℃氧化气氛烧成。利用X射线衍射仪, 扫描电子显微镜和能谱仪研究了金属铝粉对MgO–Al₂O₃复合材料抗氧化性的影响。结果表明: 未添加金属铝粉的样品烧后主晶相为α-Al₂O₃及镁铝尖晶石, 微观结构较为疏松; 引入金属铝粉后, 样品烧后主晶相为α-Al₂O₃及镁铝尖晶石, 新生相包括Al₄O₄C、Al₄C₃、(Al₂OC)_x(AlN)_1-x等, 微观结构较为致密, 样品性能得到改善。添加金属铝粉样品的内外组成呈梯度变化, Al₄O₄C相主要出现在样品内部, 并有金属铝残留; 金属铝粉引入使样品氧分压从表面到内部依次降低, 金属铝粉氧化后与Mg O原位合成尖晶石, 使结构致密化, 阻隔了氧气的进一步渗入, 样品内部形成的Al₂O与C反应得到晶须状Al₄O₄C。     

磷铝复掺对C2S晶型转变的影响

为了探明P、Al复掺对纯C₂S晶型转变及物相组成的影响规律,采用X射线衍射仪(XRD)和FactSage热力学分析软件分析了P₂O₅和Al₂O₃复掺C₂S焙烧后试样的主要矿物组成及平衡态时物相组成。研究发现,P₂O₅的掺杂对C₂S晶型由β-C₂S向γ-C₂S转变有抑制作用,当P₂O₅掺杂质量分数高于0.5%时,抑制效果明显。Al₂O₃掺杂C₂S,Al₂O₃中Al3+替代β-C₂S中Si4+形成氧原子空缺,提高了C₂S的活化能;铝酸盐能够替代硅酸盐四面体,形成低熔点物质,提高C₂S的稳定性,降低熔点。因此,P、Al复掺C₂S,既能抑制C₂S晶型由β-C₂S向γ-C₂S转变所产生的体积膨胀,提高硅酸盐水泥的安定性,又能降低C₂S的熔化性温度,节约硅酸盐水泥的烧制成本。     

Cr3C2/Ni3Al复合材料耐磨性提高的机制分析

为了探讨Cr₃C₂强化相提高Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料耐磨性的机制, 本文采用热等静压技术制备了Ni₃Al合金和Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料, 借助纳米压痕仪对Ni₃Al合金和Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料中各组成相的力学性能进行了表征, 利用销-盘式摩擦磨损试验机研究了热等静压Ni₃Al合金和Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料的耐磨性能, 并结合扫描电子显微镜和纳米压痕仪分析了材料磨损表面形貌和磨损次表面层硬度变化.结果表明, Cr₃C₂的添加提高了复合材料基体的硬度, Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料中各组成相的纳米硬度和弹性模量由基体相、扩散相到硬芯相是逐渐增大的, 呈现出梯度变化, 有利于提高Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料的耐磨性.在本研究实验条件下, Ni₃Al合金和Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料表面的磨损形式主要为磨粒磨损, Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料表现出更加优异的耐磨性能.Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料耐磨性能的提高主要跟碳化物强化相阻断磨粒切削、减弱摩擦副间相互作用、减小加工硬化层厚度、磨粒尺寸等因素有关.