原位生成TiAl_3/7075铝基复合材料的热力学及动力学分析

以钛粉(Ti)和冰晶石(Na3AlF6)的混合物为加入物,成功制备了原位生成TiAl3/7075铝复合材料。借助光学显微镜、X射线衍射分析及能谱仪观察分析了该复合材料的微观组织和相组成,并从热力学及动力学两个方面分析了该复合材料的形成机理。结果表明,复合材料组织由α-Al、T-Mg32(Al,Zn)49相以及增强相TiAl3组成;Ti与Al熔体可以自发生成TiAl3增强相;影响反应动力学的主要因素为体系的温度、Ti颗粒的起始大小及外扩散层的厚度。     

不同含量石墨烯/7075铝基复合材料的组织与性能

通过改进的Hummer法制备氧化石墨烯胶体,并结合低温球磨混粉与真空热压烧结方法,成功制备出GNSs质量分数分别为0.75%和1%的7075铝基复合材料。利用扫描电镜(SEM)、显微维氏硬度计和室温拉伸试验机等手段,对GNSs/7075铝基复合材料的显微组织、力学性能及断口形貌进行了分析。结果表明,GNSs含量为0.75%时与含量为1%的复合材料相比,GNSs纳米片与铝基体包覆完整,未出现层片状GNSs团聚现象。GNSs含量为0.75%和1%的复合材料硬度(HV)从90(未添加GNSs的铝合金)分别增加到125和140;复合材料的抗拉强度和伸长率均先增后降,抗拉强度最高达到250.71MPa,伸长率最高达到6.18%。由于加入GNSs量较少,3种复合材料密度变化不大。     

Ti_3SiC_2/Al稀释重熔制备铝基复合材料

以Ti_3SiC_2粉、铝粉、铝锭为原材料,采用SPS法制备Ti_3SiC_2/铝基复合材料大块体,然后通过稀释重熔的方式制备了颗粒增强铝基复合材料。通过金相显微镜、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等分析手段,研究了原位生成颗粒增强铝基复合材料组织与性能。结果表明,制备的颗粒增强铝基复合材料物相复杂,除基体铝外,主要的物相还有Al_3Ti、Ti C、Al_4C_3。以Ti_3SiC_2/Al复合材料形式加入的Ti3SiC2分解完全。搅拌铸造的原位颗粒增强铝基复合材料颗粒分布均匀,颗粒与基体铝的结合紧密,力学性能优异,维氏硬度高达HV35.5,比相同工艺下铸造纯铝提高69%。在载荷为50 N下,有较好的自润滑性能,摩擦系数0.31,磨损量0.3×10~(-2)g。复合材料的摩擦机制由典型的粘着磨损,向轻微的磨粒磨损转变。     

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%。     

SiC-Al_3Ti协同增强7075铝基复合材料搅拌工艺优化研究

采用液态搅拌铸造法制备Si C-Al_3Ti协同增强7075铝基复合材料。利用OM、XRD、SEM、直读光谱仪和布氏硬度计,通过正交试验分析了搅拌温度、搅拌速度和搅拌时间等对复合材料中Si C和Al_3Ti分布、收得率及复合材料硬度的影响。结果表明,Si C-Al_3Ti协同增强7075铝基复合材料的最佳搅拌温度为800℃,搅拌速度为450 r/min,搅拌时间为20 min。     

5wt% n-SiC对7075铝合金微观组织与力学性能的影响

采用高能球磨与热压烧结相结合的方法制备了5wt%n-Si C/7075铝基复合材料,研究了5wt%n-Si C对7075铝合金组织与性能的影响。结果表明:高能球磨后,5wt%n-Si C/7075铝基复合粉体较7075合金粉体明显细化。当转速350 r/min,球料比20:1,球磨时间20 h时,n-Si C均匀分布到7075合金颗粒中。由于n-Si C的均匀分布对7075铝合金产生细晶强化与弥散强化的作用,使得热压烧结温度为620℃,加压100 MPa,保温保压1h制备的5wt%n-Si C/7075铝基复合材料的致密度、硬度及抗压强度均优于相同工艺制备的7075铝合金,尤其抗压强度较7075铝合金提高约58.4%。     

碳化硅纤维增强体钛铝基体的原位合成与控制及其动力学解析

利用磁控溅射,采用钛靶和铝靶按照一定功率比在SiC纤维表面沉积钛与铝,制备SiC纤维的Ti-Al基复合先驱丝,按密排堆垛置于包套之中并经热等静压制备碳化硅纤维增强钛铝基试样。通过扫描电镜观察组织形貌,研究热等静压及真空热处理对组织结构、界面反应层的影响,应用XRD与能谱分析,研究磁控溅射功率对原子比的影响以及钛铝原位反应过程中相比例的变化规律,采用差示扫描量热法(DSC,differential scanning calorimetry)对钛铝反应进行动力学分析。结果表明,钛靶与铝靶的溅射功率直接影响钛铝的原子比,TC4和Al靶功率分别为13和4.5 kW/m2,其铝含量为27at%;TC4和Al靶功率分别为13和8.3 kW/m2,其铝含量为49at%。此外,动力学研究表明,Al3Ti是钛铝反应的优先生成相,随着Al的扩散,逐渐形成TiAl、Al2Ti和Ti3Al,但经过Al的充分扩散,其最终形成的稳定相取决于钛铝的原子比,若原子比为1:1,则最终形成TiAl相,且不同原子比区域形成的TiAl、Ti3Al可共存。     

原位合成(TiB+Al2O3)/Ti复合材料

应用热力学 ,分析了Ti与B2 O3 、Al之间的化学反应原位合成TiB和Al2 O3 增强的钛基复合材料的合成机理。设计了普通的非自耗电弧熔炼工艺制备该钛基复合材料。借助X射线衍射仪 (XRD)和扫描电镜 (SEM )分析了原位合成复合材料的物相和增强体的形态。结果表明 :原位合成的增强体确实为TiB和Al2 O3 。增强体在基体合金上分布较为均匀 ,增强体形状为短纤维状。原位合成增强体的加入显著提高了钛基复合材料的洛氏硬度。     

TiB_2/7075铝基复合材料流变挤压成形工艺

采用原位反应制得纯净的TiB_2/7075铝基复合材料,并经保温二弯通道挤压成形制备半固态TiB_2/7075复合材料。研究表明:在增强颗粒冲刷搅拌和对流的共同作用下,熔体迅速形核并球化;经二弯石墨通道挤压成形,3%TiB_2/7075(质量分数)铝基复合材料晶粒尺寸达到35.9μm,形状因子为0.97;颗粒含量为4.5%时,晶粒尺寸达到22.53μm,形状因子为0.98;颗粒含量为6%时,晶粒尺寸达到28.0μm,形状因子为O.92。     

基于箔材反应退火合成的Ti Al基复合材料板材研究进展

本文综述了利用纯Ti箔和铝基复合材料(Al-MMC)箔反应退火合成Ti Al基复合材料板材的研究进展。该方法包括对多层Ti/Al-MMC复合板的变形和反应退火热处理,在避免对脆性TiAl金属间化合物直接变形的同时,制备出具有较高强度和延伸率的Ti Al基复合材料板材。对合成过程中Ti Al基复合材料板材的组织演化和形成机理进行了总结,重点阐明了铝基复合材料与Ti的两步热处理的反应机理,提出了消除Kirkendall孔洞的工艺方法,为大尺寸TiAl基复合材料板材的制备提供了可行的工艺方案。     

基于均匀设计方法研究不锈钢焊条的焊缝成形

基于均匀设计的方法研究了不锈钢焊条的焊缝成形。通过数理统计给出了10种药皮材料及其交互作用对应于因变量焊缝成形的数学模型；也给出了每种药皮材料影响焊缝成形的趋势图。数学模型揭示出药皮材料对焊缝成形复杂影响的内在规律：①全部药皮材料对焊缝成形都有影响，但大部分为交互作用；②冰晶石X1、钛白粉X6的影响作用为平方项；③萤石X5对焊缝成形的影响为负相关，但它与云母 白土子X6的交互作用对焊缝成形的影响则为正相关。在趋势图上可以直观地看到各材料在不同的含量区间会对焊缝成形有不同的相关性影响：当电解锰含量X3分档次自低向高变化时，焊缝成形Y与钛铁X4的关系先是呈负相关而后转为正相关，而焊缝成形Y与白泥X7的关系先是呈正相关而后转为负相关。     

铝电解中二氧化锡基（氢气）气体阳极

开发一种在低温电解质（850℃）铝电解中应用的新型二氧化锡基气体阳极以降低铝电解能耗和二氧化碳排放。在此种气体阳极中,氢气通入阳极后参与阳极反应,分别用石墨和铝作阴极和参比电极。采用循环伏安法研究此体系中铂和二氧化锡基电极上氧离子的电化学行为,并确定氧气的析出电势。然后,采用气体电极进行恒电流电解实验,相对于未通入气体和通入氩气,通入氢气后阳极出现明显的去极化现象（阳极电势约下降0.8 V）。实验结果表明,氢气已参与阳极三相界面（气体-电解质-电极）反应,为还原性气体阳极在铝电解上的应用提供了可行性。     

钛合金与非金属材料扩散连接研究现状与发展

钛及钛合金与非金属材料的扩散连接技术是当前材料连接领域的热点之一。综述了钛合金与陶瓷、石墨和半导体非金属材料扩散连接研究现状与发展,重点介绍了界面反应、连接工艺研究等内容,分析其优势与局限性,并展望其发展趋势。     

碳热还原法合成TiC-SiC复合粉末及其生长机理

以硅溶胶、炭黑和TiO2为原料,采用碳热还原法合成TiC-SiC复合粉末.研究反应温度和TiO2添加量对合成TiC-SiC复合粉末的物相组成和显微形貌的影响;对反应过程进行热力学分析和计算,探讨TiC-SiC复合粉末的生长机理.结果表明:TiC-SiC复合粉末适宜的合成条件为在1 600℃保温1 h;在反应过程中,TiC先于SiC形成,TiC的形成抑制了SiC颗粒的生长;当复合粉末中TiC的含量(质量分数)为10%左右时,SiC的合成过程由气-固(V-S)机理反应转变为气-固机理和气-气机理共同反应;复合粉末主要由球状颗粒、短棒状颗粒以及少量晶须组成;随着复合粉末中TiC含量的增加,SiC晶须的生长受到抑制,其形貌逐步由长纤维状向短棒状和颗粒状过渡.     

Y、Ta、Cr元素对Ni-10%Cu-10%Fe-10%Al合金在850℃冰晶石熔盐气氛中热腐蚀行为的影响

通过真空铸造得到Ni-10%Fe-10%Al-10%Cu(质量分数)及分别添加0.8%Y、5.3%Ta和13.6%Cr(质量分数)的Ni-Fe-Al-Cu-X(X:Y或Ta或Cr)4种合金,采用熔盐腐蚀实验及SEM,XRD及EDX测试研究各合金在850℃静态冰晶石熔盐气氛中的腐蚀行为。结果表明:在850℃冰晶石熔盐气氛中,Ni-10%Fe-10%Al-10%Cu合金表面形成的氧化物保护膜;由于氧的聚集、扩散,并在熔盐/氧化膜界面处发生O2+2e=2O2还原反应,而生成的O2与MeO反应生成MeO22,致使NiO和Al2O3等氧化物层疏松、多孔、易剥落;另外,氧化物保护膜也被熔盐挥发的氟化物通过物理化学作用而溶解,形成坑洞,腐蚀层呈现层叠状;添加0.8%Y和5.3%Ta可净化合金晶界,使腐蚀层中氧化产物更致密,提高合金抗冰晶石熔盐气氛腐蚀性能;添加13.6%Cr的Ni-10%Fe-10%Al-10%Cu合金,其腐蚀层形成Cr2O3及NiCr2O4冰晶石结构的化合物,降低其他氧化物的活度,提高氧化膜的保护作用,该合金抗冰晶石熔盐气氛腐蚀性能最好。     

Development of Ti-6Al-4V and Ti-1Al-8V-5Fe Alloys Using Low-Cost TiH2 Powder Feedstock

Thermo-mechanical processing was performed on two titanium alloy billets, a beta-titanium alloy (Ti1Al8V5Fe) and an alpha-beta titanium alloy (Ti6Al4V), which had been produced using a novel low-cost powder metallurgy process that relies on the use of TiH₂ powder as a feedstock material. The thermomechanical processing was performed in the beta region of the respective alloys to form 16-mm diameter bars. The hot working followed by the heat treatment processes not only eliminated the porosity within the materials but also developed the preferred microstructures. Tensile testing and rotating beam fatigue tests were conducted on the as-rolled and heat-treated materials to evaluate their mechanical properties. The mechanical properties of these alloys matched well with those produced by the conventional ingot processing route.     

Cleaner Production of Ti Powder by a Two-Stage Aluminothermic Reduction Process

A two-stage aluminothermic reduction process for preparing Ti powder under vacuum conditions using Na₂TiF₆ was investigated. An Al-Ti master alloy and a clean cryolite were simultaneously obtained as co-products. The first-stage reduction was an exothermic process that occurred at approximately 660°C. The Al and O contents of the Ti powder product were 0.18 wt.% and 0.35 wt.%, respectively, with an average particle size <74 μm. Ti(IV), Ti(III), and metallic Ti were present in the Ti-containing cryolite produced by the first-stage reduction, at a total content of approximately 3.13 wt.%. After second-stage reduction, the Ti elemental contents of the clean cryolite were reduced to 0.002 wt.%. The Al-Ti master alloy obtained by second-stage reduction was composed of Al and TiAl₃. The mechanisms involved in these reduction processes were also examined.     

氟化钾对固态铝电解质物相的影响

本文用X-射线衍射法研究了KF与冰晶石的反应及其对固态铝电解质物相的影响。研究表明:KF与Na3AlF6(冰晶石)在熔盐中能够发生化学反应,无论是在酸性还是碱性电解质中产物都有K2NaAlF6(钾冰晶石),但在酸性电解质中其反应产物同时有K2NaAl3F12和K2NaAlF6两种物相。随着KF含量的增加以及电解质酸度的增强,K2NaAl3F12的含量增加。本文还提出了K2NaAl3F12物质的生成机理以及对同时含CaF2、LiF、MgF2和KF的铝电解质的物相进行了鉴定。对分子比定义为碱性氟化物与AlF3的摩尔比进行了验证,表明只有这种定义才能够真正体现电解质的酸碱性。     

Employment of encapsulated Si with mesoporous TiO2 layer as anode material for lithium secondary batteries

Silicon composite of nano-capsule type is newly applied as an active anode material for lithium ion batteries. TiO₂-encapsulated silicon powders were synthesized by a sol-gel reaction with titanium ethoxide. Silicon nanoparticles were successfully embedded into porous titanium oxide capsules that played as a buffer layer against drastic volume changes of silicon during the charge-discharge cycling, consequently leading to the retardation of the capacity fading of intrinsic silicon materials. The electrochemical and structural properties of silicon nanocomposites with different surface areas of encapsulating TiO₂ layer were characterized by X-ray diffraction(XRD), nitrogen gas adsorption analysis by the Brunauer-Emmett-Teller(BET) equation, transmission electron microscopy(TEM), and galvanostatic charge-discharge experiments.     

球磨法制备纳米TiC及其生成机理

采用高能球磨法制备纳米TiC颗粒,通过对不同球磨时间试样进行X射线衍射分析、扫描电镜及透射电镜进行形貌观察,得出球磨过程中TiC的生成机理。结果表明,球磨过程中,首先石墨和钛粉细化,石墨形成片状而钛粉形成细小颗粒;随着球磨时间的延长,片状石墨包裹钛粉;当磨球碰撞时达到Ti和C反应温度,Ti和C发生反应产生TiC,反应放出的热量维持反应的进行。制备的TiC粒度为10～100nm。