Ti2Ni/TiNi微叠层复合材料的制备及表征

将Ti箔和Ni箔交替排列,在900℃条件下,通过热压烧结法来制备Ti_2Ni/TiNi微叠层复合材料。研究了保温时间对复合材料的微观组织及相组成的影响。采用扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、X射线衍射(XRD)及差示扫描量热分析(DSC)对不同保温时间下制备的复合材料的微观组织、相组成、相结构及相变温度进行分析。结果表明:随着保温时间的增加,Ti和Ni逐渐消耗,在其界面上形成Ti_2Ni、TiNi、Ni_3Ti3种金属间化合物。当Ni消耗完毕,Ti原子向Ni_3Ti层扩散,使之完全转变成TiNi。当Ti完全消耗,仅有交替排列的Ti_2Ni和TiNi两相存在,且在TiNi层上分布着颗粒状和条状的Ti_2Ni相。保温8h后制备的Ti_2Ni/TiNi叠层复合材料的相变温度A_s、A_f、M_s、M_f及相变迟滞温度ΔT分别为75.9,99.2,63.6,45.7和32.5℃。     

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。     

Ti/Ti-Al大尺寸微叠层材料的制备与性能研究

采用大功率电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术制备了层厚比为1:1的Ti/Ti-Al微叠层复合材料薄板,用XRD和SEM对材料的微观结构进行了表征,对其室温及高温拉伸性能进行了测试.结果表明:材料由Ti,α2-Ti3Al和γ-TiAl相组成,层状结构对提高材料的室温塑性有利;尽管未经致密化处理的材料存在着较多微孔,但在金属间化合物层的反常强化及层间界面对裂纹的钝化作用下,材料仍具有较高的抗高温拉伸强度和良好的高温延迟断裂特性.     

Ni/Al微叠层复合板的成形性能

采用真空热压法制备了Ni/Al微叠层复合板。通过不同温度、不同变形量下的单向拉伸实验研究了Ni/Al微叠层复合板的力学性能与裂纹萌生扩展规律。结果表明,Ni/Al微叠层复合板在室温至400℃塑性较差,变形量仅为5%时,NiAl3和Ni2Al3金属间化合物层便已产生较多垂直于拉伸方向的裂纹。Ni/Al微叠层复合板600℃表现出良好的塑性变形能力,断裂延伸率高达56%,且变形量达到20%时NiAl3层才开始出现微裂纹,变形量达到50%时裂纹仍未扩展至Ni2Al3层及Al层。采用气压自由胀形实验研究了Ni/Al微叠层复合板600℃条件下的成形性能,并对胀形件微观组织分布进行了表征。结果表明,Ni/Al微叠层复合板600℃/5.5MPa/8min条件下,极限胀形率(极限胀形高度/凹模直径)达36.7%。胀形球壳由底部至顶部壁厚逐渐减小,顶部Ni、Al层颈缩严重,NiAl3层产生裂纹,但并未扩展至Ni2Al3层及Al层。     

金属/陶瓷微叠层材料的微观结构及力学性能

采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术制备了金属(NiCoCrAl)/陶瓷(Y2O3-ZrO2)微叠层材料,并对其微观结构和力学性能进行了分析.结果表明,金属层和陶瓷层间界面较为平直、清晰.金属层由γ-Ni相构成,层中晶粒为较大的等轴晶.陶瓷层由c-ZrO2和t-ZrO2两相组成,层中晶粒为较小的柱状晶.在金属层的顶部,存在一些均匀分布的微孔.这种材料在室温拉伸试验中表现出无宏观塑性变形的脆性断裂特征.断口分析表明,金属层起到了阻碍裂纹扩展的作用,且层界面存在脱粘的现象.     

热轧制镁基叠层复合材料的力学性能

采用热轧制备7075Al/MGY/7075Al叠层复合材料,材料的拉伸强度达300MPa。基于经典叠层板理论计算该材料的首层失效强度,其计算结果与试验结果吻合较好,表明经典叠层板理论可用于预测轧制制备的叠层复合材料首层失效强度。结果表明:随着铝合金厚度的增加,镁基叠层复合材料的拉伸强度、弯曲刚度、压缩强度和弯曲比强度增加,弯曲比刚度和拉伸比强度先增加后降低,且7075Al/MGY/7075Al、7075Al/AZ31/7075Al和3003Al/MGY/3003Al叠层复合材料的拉伸比刚度增加,但3003Al/AZ31/3003Al叠层复合材料的拉伸比刚度逐渐减小。     

真空热压法制备GNPs-Cu/Ti6Al4V复合材料的组织性能

通过超声分散和球磨相结合的方法制备镀铜石墨烯增强Ti6Al4V (GNPs-Cu/Ti6Al4V)复合粉体,采用真空热压法制备了GNPs-Cu/Ti6Al4V复合材料.采用X射线衍射仪、扫描电镜、显微硬度计、万能试验机和摩擦磨损试验等研究了复合材料的相组成、微观结构、硬度、抗压强度和磨损性能.结果 表明:当GNPs的添加量为0.8 mass％时,复合材料的力学性能最好,其显微硬度和抗压强度分别为575.2 HV0.1和2169.34 MPa,与Ti6Al4V基体相比,分别提高了21％和18.1％.GNPs-Cu/Ti6Al4V复合材料强化机制主要有GNPs强化、Ti2Cu和TiC的第二相强化.复合材料磨损机制以磨粒磨损为主,同时伴随着粘着磨损.     

热压反应烧结制备ZrB2-SiC复合材料的工艺及性能研究

以二硼化锆、正硅酸乙酯、蔗糖为原料,采用溶胶-凝胶法制备ZrB2-SiC前躯体,然后利用热压反应烧结方法,在1800℃,30MPa压力,流动的Ar气氛条件下,制备出高致密的ZrB2-SiC复合材料。其最大相对密度达到99.6%。ZrB2-SiC复合材料的抗弯强度和断裂韧性都随着SiC含量的增加先增加后降低。当SiC含量为20%时,ZrB2-SiC复合材料断裂韧性最大达到5.1MPa·m1/2。ZrB2-SiC复合材料的最大弯曲强度为272MPa,比报道出的值要低,这可能与过大的ZrB2晶粒有关。但当SiC含量为30%时,由于出现大量气孔而使材料不致密,从而导致其力学性能下降。     

热压烧结制备SiCw/ZrB2陶瓷复合材料的研究

在烧结温度和压力为1800 ℃和30 MPa条件下热压烧结制备ZrB2-20%(体积分数, 下同)SiCw陶瓷复合材料,并研究两种不同SiC晶须对材料的显微组织与力学性能的影响.结果表明,复合材料的弯曲强度和断裂韧性与SiC晶须的长径比有关,长径比越大材料的性能越好,弯曲强度和断裂韧性最高为651 MPa和5.97 MPa·m1/2;与单相的ZrB2材料及SiC颗粒增强ZrB2复合材料相比,断裂韧性有显著提高;其主要增韧机制为裂纹偏转、晶须桥连和拔出.     

纤维及颗粒增强Al/Ti叠层复合材料制备方法和性能研究

Al/Ti叠层复合材料具有低密度、高比强度、高比刚度和高抗冲击性的优异性能,是一种理想的轻质高强材料,但是金属间化合物Al3Ti的脆性限制了其实际应用。通过复合纤维、陶瓷颗粒可以降低Al3Ti的脆性,提高Al/Ti叠层复合材料的强度和韧性,使其在航空航天、武器装甲等领域具有广阔的应用前景。本文简述了部分典型纤维、陶瓷颗粒增强Al/Ti叠层复合材料的制备方法,比较了不同材料和制备方法的优缺点。提出了碳化硼(B4C)增强Al/Ti叠层复合材料的可行方法,并采用真空热压法制备了0.2 mm厚的B4C薄片强化的Al/Ti叠层复合材料,该方法通过B4C薄片直接承载吸能和形成硬度梯度诱导裂纹偏转的方式强化基体,使其冲击韧性达到89 J/cm2,抗弯强度可达756 MPa,相较基体分别提高51%和38%。     

MoS2/Ti3SiC2层状复合材料的制备

采用热压烧结方法制备MoS2/Ti3SiC(2MoS2质量分数为2%)的层状复合材料。研究了不同烧结温度对烧结试样性能的影响。研究表明,在1400℃,30MPa压力和保温2h条件下,可以得到致密度达99%以上的MoS2/Ti3SiC2复合材料;在Ti3SiC2中添加MoS2后,烧结温度越高维氏硬度越大;在1400℃,烧结试样维氏硬度达6220MPa,高于纯Ti3SiC2材料的4000MPa;MoS2有良好的导电性能,使得烧结试样的电导率比较高,在1400℃,烧结试样电导率达9.68×106S.m-1,是纯Ti3SiC2材料的2倍。     

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。     

分步法制备MoS2/Ti3SiC2层状复合材料

研究了采用分步法制备MoS_2/Ti_3SiC_2层状复合材料的工艺,其制备过程分2步进行。首先制备Ti_3SiC_2高纯粉,再在1400℃,30MPa条件下热压烧结制备MoS_2/Ti_3SiC_2层状复合材料。其MoS_2含量分别为2%,4%,6%,8%(w/%)。用XRD分析比较4种不同MoS2含量的烧结试样的相组成,并测试维氏硬度和电导率。实验结果表明,当MoS_2含量为4%时,MoS_2/Ti_3SiC_2烧结试样的硬度达到7.83GPa,且电导率达到10.05×106S·m-1。MoS_2含量再增加时,烧结试样的硬度有所增大,但电导率有所下降。     

金属／陶瓷微叠层材料的微观结构及力学性能

采用电子束物理气相沉积（EB-PVD）技术制备了金属（NiCoCrAl）／陶瓷（Y203-ZrO2）微叠层材料，并对其微观结构和力学性能进行了分析。结果表明，金属层和陶瓷层间界面较为平直、清晰。金属层由γ-Ni相构成，层中晶粒为较大的等轴晶。陶瓷层由c-ZrO2和t-ZrO2两相组成，层中晶粒为较小的柱状晶。在金属层的顶部，存在一些均匀分布的微孔。这种材料在室温拉伸试验中表现出无宏观塑性变形的脆性断裂特征。断口分析表明，金属层起到了阻碍裂纹扩展的作用，且层界面存在脱粘的现象。     

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。     

热压烧结法制备C_f/TiC/Cu复合材料的组织及性能

采用热压烧结法制备Cf/TiC/Cu复合材料,研究Cf/TiC/Cu复合材料的界面反应原理及微观形貌,以及碳纤维(Cf)含量对复合材料密度、强度等性能的影响。结果表明:Cu-C-Ti三元体系在低于1100℃时,溶解在铜液中的钛原子与碳纤维接触发生反应,在碳纤维表面形成以TiC为主相的过渡层。该过渡层靠近铜液的一侧可能覆盖着一层钛铜化合物膜,TiC通过该膜层与铜紧密结合在一起,改善铜与碳纤维的界面结合,因此有利于提高Cf/TiC/Cu复合材料的性能。在钛含量不变的情况下,随碳纤维含量(质量分数)的增加,材料性能有所降低,当碳纤维含量为5%时,Cf/TiC/Cu复合材料的综合性能最好,其电阻率低达0.054μΩ·m,平行于压力方向的抗弯强度为237.90MPa,垂直于压力方向的抗弯强度为237.44MPa。     

热压烧结制备Al2O3/TiCN-Ni-Ti陶瓷复合材料的组织与性能

采用真空热压烧结方法制备Al2O3/Ti(C,N)-Ni-Ti陶瓷基复合材料,采用X射线衍射与扫描电镜分析材料的物相组成和显微结构,研究烧结工艺对材料物相组成、显微结构和力学性能的影响。结果表明:Ni和Ti的添加显著提高复合材料的强度和韧性;温度小于1 600℃时,复合材料的力学性能随热压温度的升高而升高;温度高于1 600℃时,温度升高及保温时间延长不仅会导致Al2O3晶粒的异常长大和Ti(C,N)的分解,而且会使Ni发生聚集现象,复合材料的力学性能下降;当烧结温度为1 600℃、保温时间为30 min时,制备的Al2O3/Ti(C,N)-Ni-Ti陶瓷复合材料的力学性能最佳,其相对密度达到99.4%,抗弯强度为820 MPa,断裂韧性达到9.3 MPa.m1/2。     

Ti/TiAl3叠层复合材料TIG焊接头组织与性能研究

本文采用钨极氩弧焊(TIG)对Ti-6Al-4V/TiAl3叠层复合材料进行平板对接焊,研究了不同焊接参数对接头组织和力学性能的影响。经热轧处理的Ti-6Al-4V /TiAl3叠层复合材料,可通过TIG焊实现可靠连接,避免接头脆化现象发生。板材底部的金属间化合物在焊接过程中受热辐射影响发生熔化,液态TiAl3和Ti反应生成Ti3Al、TiAl等,使金属间化合物周围产生Ti原子贫化区,加速了Ti原子的扩散迁移,导致接头侧面形貌分为两部分：上部为熔化再凝固的焊缝区,底部为由热辐射引起扩散连接。整体接头无明显缺陷,焊缝区为α相和针状马氏体组成的网状组织,焊接接头抗拉强度为343MPa,约为母材的90％,断口呈韧脆混合型断裂。     

微观缺陷对Ti/Al3Ti复合材料抗侵彻性能影响研究

基于热压轧制复合法制备了组织致密、抗冲击性能优异的Ti/Al₃Ti叠层复合材料,观察并分析了金属间化合物Al₃Ti层中孔洞、裂纹等缺陷的形貌与形成机理。结合有限元技术深入研究缺陷对复合材料的抗侵彻性能影响,分析了弹体侵彻复合材料的过程,揭示了复合材料在弹体冲击过程中各层能量变化的机制。结果表明,孔洞、裂纹等缺陷均会降低Ti/Al₃Ti层状复合材料的刚度与强度,从而降低其抗侵彻性能。     

热轧制备Ti-6Al-4V/6061/AZ31B复合板及组织与性能研究

利用热轧复合工艺制备Ti-6Al-4V/6061/AZ31B(简称Ti/Al/Mg)叠层复合板,并研究了轧制温度对其组织与性能的影响.结果表明,Ti/Al/Mg叠层复合板中Ti/Al及Al/Mg界面结合良好.铝层和镁层的组织在厚度方向上是不均匀的,镁层组织的不均匀是由于轧辊与板材表面之间的摩擦力所致,铝层组织的不均匀是...