Al3Ti/A356复合材料微观组织及力学性能研究

采用原位铸造法将Al₃Ti颗粒与铝基体复合可制备出高比强度的Al₃Ti/Al复合材料。原位Al₃Ti相易生成大尺寸长杆状颗粒且易团聚，降低熔体铸造性能并造成铸造缺陷。将超声处理工艺与原位铸造法结合，借助超声的空化和声流效应可有效分散并细化Al₃Ti颗粒，从而制备出组织均匀及性能优异的Al₃Ti/Al复合材料。本文以Al和K₂TiF₆为反应体系，通过超声辅助熔盐法制备出10%Al₃Ti/Al(质量分数)中间合金，在此基础上采用超声辅助重熔稀释法可制备出组织均匀及力学性能良好的5%Al₃Ti/A356(质量分数)复合材料，并对其微观组织和力学性能进行分析。结果表明，向A356基体中加入5%(质量分数)Al₃Ti，能够显著细化晶粒，α-Al平均晶粒尺寸从250μm细化为135μm，降低了46%;T6热处理态复合材料的屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为232MPa、287MPa、...     

组元层厚对TC4/Al3Ti微叠层复合材料性能影响

以TC4箔材和纯Al箔材为原材料,用高真空热压法制备了TC4/Al₃Ti微叠层复合材料,研究了组元层厚对复合材料组织与性能的影响。使用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜和场发射电子探针对复合材料的显微组织、裂纹断口进行分析。结果表明,当试样厚度及试样内Al₃Ti体积分数一定时,组元层厚越小,复合材料力学性能越优异。当堆叠层数为55层时,组元层厚最小,材料性能最佳,其抗弯强度为970 MPa,垂直于层的抗压强度为1 307 MPa,平行于层的抗压强度为1 206 MPa。     

连接温度对TiAl/Ti3AlC2扩散焊接头界面结构及性能的影响

采用Ti/Ni复合中间层实现了TiAl合金和Ti₃AlC₂陶瓷的扩散连接,利用SEM,XRD等分析方法对接头界面结构进行了分析.结果表明,TiAl/Ti₃AlC₂接头典型界面结构为TiAl/Ti₃Al+Al₃NiTi₂/Ti₃Al/α-Ti+Ti₂Ni/Ti₂Ni/TiNi/Ni₃Ti/Ni/Ni₃(Ti,Al)/Ni₃Al+TiC_x+Ti₃AlC₂/Ti₃AlC₂.随着连接温度的升高,TiAl/Ti界面处的Ti_ss层逐渐减小,Ti₃Al化合物层逐渐变厚;TiNi化合物层厚度显著增加,Ti₂Ni和Ni₃Ti层厚度基本保持不变.接头抗剪强度随连接温度升高先增加后减小,当连接温度为850℃时,接头的抗剪强度最高可达到85.3 MPa.接头主要在Ni/Ti₃AlC₂界面及Ti₃AlC₂基体处发生断裂.     

Ti对SiCp/6092铝基复合材料激光焊焊缝组织和性能的影响

采用不同厚度的Ti箔作为填充材料对SiC_p/6092铝基复合材料进行激光焊接,分析不同含量Ti元素对焊缝组织和焊接接头力学性能的影响. 结果表明,Ti箔的加入可以有效改善熔池流动性,从而减少焊缝区的工艺型气孔. 同时,填加Ti箔可以避免激光直接照射在母材上引起的低熔点元素烧损. 在激光的照射下,Ti箔完全熔化并与在热传导作用下部分熔化的母材金属发生冶金反应,Ti元素含量过少时,界面反应得不到有效抑制,焊缝中仍分布有大量的脆性相,Ti元素对焊接接头的力学性能改善不明显;Ti元素含量过多时,Ti元素在熔池中未能扩散开,富余的Ti元素与Al元素反应生成Al₃Ti. 过分长大的Al₃Ti呈片状,将对接头的力学性能不利. 因此,向熔池中加入适量Ti元素有利于改善熔池冶金反应,从而提升接头力学性能,焊接接头的最大抗拉强度可达206 MPa.     

Ti/Cu复合材料的界面组织及性能

采用热压扩散焊接法制备了Ti/Cu层状复合材料,并通过SEM、EDS、四电子探针及万能材料试验机等分析测试手段对样品的微观结构和性能进行表征。结果表明：热压扩散焊接法在焊接温度800 ℃、压力3.5 MPa时,随保温时间的增加,扩散层厚度逐渐增厚;不同保温时间下均生成4个亚层,各亚层金属间化合物依次为Cu₄Ti、Cu₄Ti₃、CuTi、CuTi₂;在保温时间为60 min时,复合材料有最小的电阻率(3.634×10^-8 Ω·m),仅为纯钛的8.65%;复合材料的抗弯曲性能随扩散层厚度的增加而增加。     

TIG焊Al3Zr/A356复合材料的显微组织特征和耐腐蚀性能

通过原位反应法制备了增强相含量为3%(质量分数，下同)的Al₃Zr/A356铝基复合材料(AMCs)。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪和显微硬度测试，研究了不同钨极氩弧(TIG)焊焊接参数下焊接接头的显微组织和耐腐蚀性能。结果表明，当焊接电流为140 A时，焊缝成形最好，没有气孔或裂纹等焊接缺陷。焊接过程中生成细小的Al₃Ti增强颗粒，呈球形和短棒状，并分散在基体中。焊接接头的硬度高于基体金属的硬度，增强颗粒的强化效果明显。随着在3.5%NaCl溶液中的浸泡时间延长，焊缝的点蚀程度增加，且大多发生在晶界和强化相周围。微区电化学实验结果表明，当焊接电流为140 A时，腐蚀电位波动小，腐蚀倾向低，耐腐蚀性能最好。     

表面活化Al2O3陶瓷与5005铝合金真空钎焊

采用Al-Si钎料对经过Ag-Cu-Ti粉末活性金属化处理的Al₂O₃陶瓷与5005铝合金进行了真空钎焊,研究了钎焊接头的典型界面组织,分析了钎焊温度对接头界面结构特征及力学性能的影响. 结果表明,接头典型界面结构为5005铝合金/α-Al+θ-Al₂Cu+ξ-Ag₂Al/ξ-Ag₂Al+θ-Al₂Cu+Al₃Ti/Ti₃Cu₃O/Al₂O₃陶瓷. 钎焊过程中,Al-Si钎料与活性元素Ti及铝合金母材发生冶金反应,实现对两侧母材的连接. 随着钎焊温度的升高,陶瓷侧Ti₃Cu₃O活化反应层的厚度逐渐变薄,溶解进钎缝中的Ag和Cu与Al反应加剧,生成ξ-Ag₂Al+θ-Al₂Cu金属间化合物的数量增多,铝合金的晶间渗入明显;随钎焊温度的升高,接头抗剪强度先增加后降低,当钎焊温度为610 ℃时,接头强度最高达到15 MPa.     

Al2O3晶须与石墨烯纳米片共增强铜基复合材料的显微结构及界面行为(英文)

研究Al₂O₃晶须和石墨烯纳米片共增强铜基复合材料的力学性能和显微结构。采用机械合金化、真空热压烧结和热等静压工艺制备不同石墨烯含量的铜基复合材料。含0.5%石墨烯(质量分数)的铜基复合材料(GNP-0.5)具有良好的Cu/C和Cu/Al₂O₃界面结合性能;复合材料的硬度和抗压强度随石墨烯含量的增加呈现先增加到一个临界值后减小的趋势。研究结果表明,石墨烯和Al₂O₃晶须在铜基复合材料中最主要的强化机制是能量耗散和载荷传递以及石墨烯导致的晶粒细化。石墨烯与Al₂O₃晶须的双相混杂增强效应在于：当Al₂O₃/Cu界面存在微裂纹并沿着界面扩展时,嵌于铜基复合材料中的石墨烯会阻碍裂纹扩展路径,从而强化Al₂O₃晶须在铜基复合材料中的增强作用。     

Ag-Cu-Sn-Ti活性钎焊Gr/2024Al复合材料与TC4钛合金

采用自制的AgCuSnTi钎料对发汗材料Gr/2024Al复合材料和TC4钛合金进行钎焊,对焊后接头界面组织及力学性能进行了分析.结果表明,接头典型界面组织为Gr/2024Al/Ti₃AlC₂/Ag₂Al+Ag₃Sn+Al₂Cu+Al₅CuTi₂/Al₅CuTi₂+Ag₃Sn/TC4.钎焊时,活性元素Ti与Gr/2024Al复合材料的石墨基体发生活性反应,实现了TC4与Gr/2024Al复合材料的低温连接,保证了复合材料的力学性能及发汗功能.随钎焊温度升高及保温时间延长,钎缝组织中弥散分布的Al₅CuTi₂化合物聚集长大成块状,使接头性能下降.当钎焊温度为680℃,保温时间为10min时接头抗剪强度达到最大值17MPa,其为Gr/2024Al复合材料母材强度的70%.     

热处理对Cu/Ti层状异质结构复合材料组织及力学性能的影响

利用金相显微镜、扫描电镜、电子背散射衍射和疲劳试验机研究了热处理对Cu/Ti层状异质结构复合材料微观组织及力学性能的影响。结果表明，在400℃×60 min热处理后，Cu/Ti界面处无扩散；在600℃×60 min热处理后生成2μm的扩散层，在800℃×60 min热处理后扩散层厚度增长至约12μm,分为Cu₄Ti、Cu₄Ti₃和CuTi₃共3层结构。400℃×60 min热处理后，复合材料因Ti层而存在异质结构，在拉伸变形过程中，异质变形诱导强化导致其拥有良好的综合力学性能，其抗拉强度和断后伸长率分别为361.7 MPa和36.7%。随着热处理温度的升高，Ti层异质结构逐渐消失，异质变形诱导强化减弱，同时Cu/Ti界面间生成金属间化合物层，从而导致复合材料塑性下降。     

Cu-25Sn-10Ti活性钎焊SiO2f/SiO2复合材料与Invar合金

采用Cu-25Sn-10Ti钎料钎焊SiO_2f/SiO₂复合材料与Invar合金,研究了界面组织结构及其形成机理,分析了不同钎焊保温时间下界面组织对接头性能的影响.结果表明,在钎焊温度880℃,保温时间15 min的工艺参数下,接头在SiO_2f/SiO₂复合材料侧与Invar合金侧均形成了连续的界面反应层,界面整体结构为Invar合金/Fe₂Ti+Cu(s,s)+(Ni,Fe,Cu)₂TiSn/Cu(s,s)+Cu₄₁Sn₁₁+CuTi/TiSi+Ti₂O₃/SiO_2f/SiO₂复合材料.在钎焊温度一定时,随着保温时间的延长,复合材料侧TiSi+Ti₂O₃反应层厚度逐步增加,Fe₂Ti颗粒逐步呈大块状连续依附其上,接头强度先增大后减小.当钎焊温度880℃,保温时间15 min时,接头室温抗剪强度达到11.86 MPa.     

Al2O3/Kovar热等静压扩散层的组织与性能

采用Ti-Ni及Ag-Cu-Ti为过渡层材料实现了Al₂O₃陶瓷与Kovar合金的热等静压扩散连接。利用金相显微镜、SEM、EDS和万能试验机等测试分析了Al₂O₃/Kovar扩散接头的显微组织、界面反应及剪切强度。结果表明,Al₂O₃/Ti-Ni/Kovar接头连接界面处无孔洞等显微缺陷,但其强度及气密性较低,剪切强度及漏率分别为67 MPa及2×10^-10 Pa·m³/s;Al₂O₃/Ag-Cu-Ti/Kovar接头之间界面连接良好,无明显显微缺陷,接头强度及气密性较高,剪切强度及漏率分别为85 MPa及5×10^-11 Pa·m³/s。     

NbMoWTa-Al2O3固体润滑复合材料的宽温域摩擦磨损性能

通过高能球磨和放电等离子烧结方法制备了新型NbMoWTa难熔高熵合金基固体润滑复合材料。系统研究了纳米Al₂O₃作为固体润滑剂对NbMoWTa难熔高熵合金宽温域摩擦学性能的影响。结果表明：纳米Al₂O₃颗粒在具有BCC结构的NbMoWTa难熔高熵合金基体相晶界和晶内均匀分散,强烈的弥散强化显著提升了NbMoWTa的显微硬度。纳米Al₂O₃颗粒在室温至800℃范围内降低摩擦因数和磨损方面有显著作用。室温下,由于复合材料的显微硬度显著提升,添加足量的纳米Al₂O₃实现了复合材料耐磨性的提升。在中高温下,复合材料表面形成的连续致密氧化摩擦层对提升摩擦学性能起着关键作用。纳米Al₂O₃颗粒协助氧化摩擦层承载更大的载荷,提高其致密性及稳定性,从而更有效地保护基体。此外,在800℃下纳米Al₂O₃颗粒的存在能够抑制MoO3的过度挥发。     

车轴钢EA1N的缺陷分析

围绕车轴钢EA1N质量问题,对典型缺陷进行了剖切和磨制,采用SEM-EDS对其进行了能谱分析。研究发现缺陷的类型是以O、Al等元素为主,同时含有少量的Ca、Ti,偶尔出现含有Mg元素的夹杂类缺陷,由能谱分析可知,夹杂物是引起车轴钢EA1N出现缺陷的重要原因。在冶炼过程中,铝氧反应在钢液中形成大量的Al₂O₃夹杂物,在精炼渣、含镁耐火材料等因素的作用下,钢液中[Mg]、[Ca]等元素含量升高,Al₂O₃会转变为含有多种物相的复合夹杂物,未能上浮去除而滞留在钢中的夹杂物很容易在随后的轧制和热处理过程中产生危害,引发裂纹等缺陷,直接导致性能下降。本研究为进一步探究夹杂物与车轴钢缺陷的相关性提供了依据。     

Al3M（M=Ti,Zr,Hf）亚稳相和平衡相的价电子结构分析

本文运用固体与分子经验电子理论（EET）计算了Al₃M（M=Ti,Zr,Hf）的3种晶体结构(L1₂,D0₂₂,D0₂₃)的价电子结构和最强键键能,并依此对各种结构的相稳定性及相变顺序做半定量分析.结果显示:各平衡相,即D0₂₂ Al₃Ti,D0₂₃-Al₃Zr和D0₂₂-Al₃Hf,其最强键键能分别为57.7,71.6和75.6 kJ/mol,与对应平衡相的熔点高低次序一致,确认了EET计算结果的可靠性.使用这一方法计算获得Al₃Ti,Al₃Zr和Al₃Hf的最强键键能,依此得出各业稳相向平衡相的转变顺序与实验结果及第一性原理计算的结果相同.EET计算的最强键键能可作为评价亚稳相稳定性的一个判据.据此,由计算获得L1₂型Al₃M最强键键能推论各相的稳定性次序为Al₃Ti3Zr3Hf,与实验所得的相稳定性次序一致,表明最强键键能作为亚稳相稳定性判据的正确性.     

真空烧结制备Ti-Al3Ti叠层复合材料的组织和性能

采用真空热压烧结制备了Ti-Al_3Ti叠层复合材料,利用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射(XRD)等研究了其在不同烧结温度和烧结时间下的显微组织及性能。结果表明:665℃烧结制备的Ti-Al_3Ti叠层复合材料组织致密,反应产物仅为Al_3Ti,其界面中存在隧道裂纹和剥层裂纹;710℃烧结制备的Ti-Al_3Ti叠层复合材料中出现了大量孔洞,且孔洞随烧结时间增加难以消除,其界面反应产物初生相为Al_3Ti,随后依次生成Al_2Ti、AlTi、AlTi_3;665℃烧结制备的Ti-Al_3Ti叠层复合材料的压缩力学性能高于710℃烧结制备的,其原因是710℃烧结制备的Ti-Al_3Ti叠层复合材料呈伪软化效应。     

Al3M（M=Ti,Zr,Hf）亚稳相和平衡相的价电子结构分析

本文运用固体与分子经验电子理论（EET）计算了Al₃M（M=Ti,Zr,Hf）的3种晶体结构(L1₂,D0₂₂,D0₂₃)的价电子结构和最强键键能,并依此对各种结构的相稳定性及相变顺序做半定量分析.结果显示:各平衡相,即D0₂₂-A1₃Ti,D0₂₃-Al₃Zr和D0₂₂-Al₃Hf,其最强键键能分别为57.7,71.6和75.6 kJ/mol,与对应平衡相的熔点高低次序一致,确认了EET计算结果的可靠性.使用这一方法计算获得Al₃Ti,Al₃Zr和Al₃Hf的最强键键能,依此得出各亚稳相向平衡相的转变顺序与实验结果及第一性原理计算的结果相同.EET计算的最强键键能可作为评价亚稳相稳定性的一个判据.据此,由计算获得L1₂型Al₃M最强键键能推论各相的稳定性次序为Al₃Ti3 Zr3Hf,与实验所得的相稳定性次序一致,表明最强键键能作为亚稳相稳定性判据的正确性.     

不同Al2O3含量的Al2O3/Cu复合材料的热变形行为

为探究Al₂O₃含量对Al₂O₃/Cu复合材料热变形行为的影响，采用内氧化法制备了3种Al₂O₃含量(0.28、0.66和1.13 mass%)的Al₂O₃/Cu复合材料，通过热模拟实验对其热变形行为进行了研究。结果表明：在823、923和1223 K时，随着Al₂O₃/Cu复合材料中Al₂O₃含量的增加，复合材料的峰值应力逐渐增大；显微组织观察发现，由于1.13 Al₂O₃/Cu复合材料内动态软化积累程度最大，导致其在1023和1123 K下出现了峰值应力下降现象。经热挤压后，在热变形过程中Al₂O₃/Cu复合材料的软化效果以动态回复为主。同时，发现0.28 Al₂O₃/Cu和0.66 Al     

不同TiN含量整体式PCBN复合材料微观组织及性能研究

在高温高压烧结条件下以TiN为主要结合剂,加入一定量的Al,研究TiN含量对整体聚晶立方氮化硼(PCBN)复合材料微观组织与力学性能的影响。分别对烧结样品进行物相组成分析、微观结构观测以及体积密度和硬度测试。结果表明:CBN与结合剂TiN、Al反应生成TiB₂、AlN,TiN与Al发生反应生成Al₃Ti ,TiN与反应生成物AlN、TiB₂、Al₃Ti等构成黏结相均匀分布于 CBN晶界周围,牢固地将CBN 晶粒黏结在一起,有效地提高了整体PCBN复合材料的结合强度。低含量TiN对整体PCBN的致密度和硬度均有一定程度的提升,在TiN、Al、CBN的质量分数分别为10%、10%、80%时,整体PCBN复合材料的力学性能达到最佳。      

以Si-CaO/Al2O3-Si为连接层的C/C复合材料扩散连接接头微观组织及其剪切强度

CaO/Al₂O₃用于SiC之间的扩散连接，具有接头强度高、连接可靠等优点，但CaO/Al₂O₃与C/C复合材料的润湿性差，不宜直接用于C/C复合材料的扩散连接。为解决C/C复合材料难以焊接以及连接接头强度较低的问题，本文采用Si-CaO/Al₂O₃-Si复合夹层作为连接层，对C/C复合材料进行扩散连接，通过Si与C/C在高温下反应生成SiC以及SiC与CaO/Al₂O₃之间的相互作用，获得高强度接头。结果表明，随着保温时间的延长，接头的剪切强度先升高后下降。1500℃保温90 min的接头，剪切强度达到38.17 MPa，连接接头内部形成“富Si的过渡层-中间层-富Si的过渡层”对称结构，接头中生成的物相主要包含SiC以及由Al₂SiO₅、SiO₂、CaAl₄O₇等构成的复合玻璃相，剪切断裂主要发生在C...