行星球磨制备TiC、TiN微粉工艺方法的研究

本文研究了行星球磨制备TiC、TiN微粉工艺方法的可行性，并对球磨后的TiC、TiN晶体结构、晶格常数等进行了测定与分析．     

TiCp/Al预制块在Mg中熔化过程研究

将TiCp／Al预制块以不同的工艺加入到Mg液中进行熔化试验。结果表明，未搅拌时TiCp／Al预制块在800℃的Mg液中保温60min后仍不熔化，采用合适的搅拌工艺可使TiCp／Al预制块熔化，并且使TiC粒子在熔体中均匀分布。TiCp／Al预制块在Mg液中的熔化过程机理为：基体Al通过熔化和对淹扩散进入到Mg液中，TiC粒子间的结合力需通过搅拌产生的剪切力才能破坏，并随Mg液流动进入到Mg液中，机械搅拌可使TiC粒子Mg液中均匀分布。     

原位生成TiC对Al-8Fe合金显微组织的影响

通过XRD，SEM，TEM等手段研究了Al-8Fe常规铸态合金原位生成不同TiC粒子含量时相组成及显微组织的变化，以及Ti同α（Al）基体及Al3Fe相之间的界面关系。结果表明：随着TiC含量的增加，Al-8Fe合金中Al3Fe相及缩松的形貌及尺寸明显发生了变化，TiC与α（Al）基体之间界面干净，而与Al3Fe之间则存在一过渡层。     

Ti—C—Al体系热爆合成过程

采用整体加热燃烧合成法（即热爆合成）制备了ＴｉＣ－Ａｌ复合体系，利用差热分析（ＤＴＡ）、Ｘ射线衍射分析（ＸＲＤ）和扫描电镜（ＳＥＭ）等手段研究了Ｔｉ－Ｃ－Ａｌ体系中升温速度及Ａｌ含量对ＴｉＣ反应合成过程的影响，分析了Ａｌ基体对ＴｉＣ粒子的形成机理．结果表明，在ＴｉＣ反应合成过程中，首先是Ｔｉ与Ａｌ反应形成Ｔｉ与Ａｌ的化合物，放出热量，随后促使Ｔｉ与Ｃ的放热反应发生，合成ＴｉＣ时放热产生的高温使Ｔｉ与Ａｌ的化合物分解，从而制得ＴｉＣ－Ａｌ复合体系；升温速度及Ａｌ含量只有超过一定值时，该体系才能在较低温度发生热爆反应；当Ａｌ的质量分数从１０％升至５０％时，ＴｉＣ的粒度从５．０μｍ阵至０．５μｍ．     

SHS-PHIP法制备TiC-Ni(Mo)金属陶瓷

采用Ti粉、碳黑、Ni粉和Mo粉的混合物，通过自蔓延高温合成(SHS)结合准等静压(PHIP)方法制备了TiC—Ni(Mo)金属陶瓷材料。X射线衍射结果表明，材料由TiC相和Ni合金粘结相组成。扫描电镜观察，球形的TiC颗粒较均匀地分布在Ni合金粘结相中,TiC颗粒尺寸约为2～4μm，在局部较大的TiC颗粒之间存在微孔缺陷。SHS—PHIP法制备的TiC—Ni(Mo)金属陶瓷材料具有良好的致密性和优良的力学性能。     

Ag-Cu-Ti-(Ti+C)反应-复合钎焊SiC陶瓷和 Ti合金的接头组织

研究用合金化Ag-Cu-Ti粉、Ti粉、C粉组成的混合粉末真空无压钎焊再结晶SiC陶瓷和Ti合金,采用X射线衍射、扫描电镜和能谱仪对接头的组织结构进行了分析.结果表明:在67.6%Ag-26.4%Cu-6%Ti(质量分数)粉末中加入相当于15%～30%TiC(体积分数)的(Ti C)粉末(Ti与C摩尔比为1:1),经920℃,30 min真空钎焊,Ti和C原位合成TiC,形成以TiC晶粒强化的连接良好的复合接头;形成的TiC分布于Ag相、Cu-Ti相中;TiC的形成明显降低了接头的热应力.过量的(Ti C)粉末则导致反应不完全,容易在连接层中产生孔洞,影响接头强度;焊接过程中,Ti由钛合金扩散进入连接层,Cu也有部分从连接层中扩散进入钛合金.     

原位TiC颗粒增强铸造钢基复合材料制备工艺

利用钢液自身的高温直接引燃压入其中的Ti-C-Fe预制块，原位合成TiC增强颗粒，然后，对含有TiC颗粒的钢液进行铸造形成，即可获得TiC颗粒增强钢基复合材料。着重研究了钢液温度、合成的TiC颗粒含量以及钢液保温时间对复合材料组织的影响。在此基础上，优化了复合材料的制备工艺参数，并制备出了具有较理想组织的复合材料。     

制备多物相AlTiC合金的Ti与C熔体反应法

将Ti与C同时加入Al熔体可制备出Ti与C摩尔比分别大于、等于、小于4的3种含不同物相的Al—TiC合金：Al—TiAl3-TiC、Al—TiC、Al-Al4C3-TiC。对纯铝的细化实验表明：不含过量Ti的后两种合金的细化效果相近，Al4C3在Al—TiC合金中的大量出现不会进一步降低合金的细化能力；含TiAl3的第一种合金的细化效率远高于后两者的；TiC物相在基体中以离散颗粒或聚集团形式在Al基体中分布；Al4C3相极脆，易与空气中的水蒸汽反应而分解。分析表明Ti与C在Al熔体中反应生成TiC是通过两条途径同时进行的：熔体中的固体C颗粒与溶解态的Ti直接反应；固体C颗粒和Al反应生成的A4C3与溶解态的Ti发生反应。     

铸钢表面耐热复合涂层的制备

采用铸造反应合成技术制备出TiC/Ni3Al表面复合涂层材料,研究了涂层的物相、组织和界面形态,测试了涂层的硬度和耐磨性。结果表明：Ti-C-3Ni-Al体系反应完全,产物为TiC和Ni3Al。表面复合涂层中直径为1～3μm的TiC颗粒呈球形镶嵌在Ni3Al基体上,随着TiC含量的提高,颗粒尺寸略有长大、分布更均匀、涂层更致密,且涂层与钢基体界面为良好的冶金结合,随TiC含量的变化而界面呈现出不同的形貌,在TiC含量〈45%时,涂层为一整体,从涂层到界面处Ni、Al、Ti、Fe元素呈梯度变化;在TiC含量≥45%时,涂层出现了分层现象。随着涂层中TiC含量的增高,材料的硬度和耐磨性提高,表面复合涂层的硬度和耐磨性均明显高于钢基体。     

Deformation and failure mechanism of nano-composite coatings under nano-indentation

Two nano-composite coatings based on nc-TiC particles in an a-C:H matrix are deposited via closed-field unbalanced reactive magnetron sputtering. The compositions of the coatings are varied by changing the acetylene gas flow during the depositions. A Cr/Cr–Ti/Ti–TiC graded interlayer is introduced between substrate and coating. Electron probe micro-analyses (EPMA) show that the Ti content of the coatings varies between 31.7 and 11.5 at.%. The coatings exhibit a hardness (H) of 20.0 and 15.7 GPa, and a Young's modulus (E) of 229.4 and 136.6 GPa, respectively, as measured through nano-indentations. Cube corner indentations are performed to probe the fracture toughness of the coatings through the determination of critical indentation loads (L_r) at which radial cracks start to propagate. Transmission electron microscopy (TEM) observations and energy-filtered TEM are employed to characterize the coatings nanostructures. The variation in Ti content is accompanied by a variation in TiC particle size and volumetric fraction, as well as a change in the columnar structure of the coatings. A focus ion beam (FIB) slicing technique is employed to prepare samples from nano-indented locations of coated Silicon and stainless steel (SS) substrates. TEM inspection of the FIB sliced samples determines that the most brittle phase in the coating is the C-enriched columnar boundary, and identifies the location of failure within the interlayer. As a consequence of the different nanostructure, the coatings exhibit different elastic recovery properties and toughness.