TiAl合金与ZrB2-SiC陶瓷非晶钎焊接头组织与力学性能

采用Cu_(41.83)Ti_(30.21)Zr_(19.76)Ni_(8.19)(at.%)非晶钎料对Ti48Al2Cr2Nb合金与Zr B_2-Si C陶瓷进行真空钎焊连接,通过扫描电镜、能谱分析、X射线衍射以及万能试验机对接头的微观组织和力学性能进行研究。结果表明:Ti Al合金与Zr B_2-Si C陶瓷钎焊接头的界面结构为Ti Al/Ti_2Al/Al Cu Ti/(Ti,Zr)_2(Cu,Ni)+Ti B+Ti Cu/Ti_5Si_3/ZS。当钎焊温度为910℃,随着保温时间的延长,靠近Zr B_2-Si C一侧反应层宽度逐渐增大,接头中弥散分部的Ti B和Ti Cu聚集长大。接头剪切强度随着保温时间的延长先上升后降低,当钎焊温度为910℃,保温20 min时,接头剪切强度最大,为187 MPa,通过对各工艺的接头断口分析,发现接头均断裂在陶瓷侧,断裂方式为脆性断裂。     

非晶晶化制备细晶TiAl基合金

采用X ray衍射,DTA以及扫描电镜分析了Ti 50at%Al元素混合粉末高能球磨和热压过程中的结构演变和致密TiAl基合金的显微结构。结果表明,Ti 50at%Al粉末经过100h的高能球磨后转化为无序非晶相,Ti和Al元素粉末在机械合金化过程中的结构演变为:Ti Al→Ti(Al)过饱和固溶体(hcp)→非晶相。Ti 50at%Al非晶粉末在随后的热压过程中发生晶化,得到晶粒尺寸约为0.5μm的细晶TiAl基合金。Ti 50at%Al非晶的晶化过程为:非晶相→无序α相(hcp)→γ TiAl相( α2 Ti3Al相),其中α相是由无序非晶相向有序γ TiAl相转化过程中的介稳相。根据热压后γ TiAl相的不规则块状形貌推测α→γ TiAl转变的机制可能为块型转变。     

TA2钛表面激光合金化制备耐1000℃高温氧化Ti_5Si_3/Ti_3Al复合涂层

为了提高钛和钛合金表面的抗高温氧化能力,使用先预置一层硅粉后预置一层铝粉方式,采用激光合金化技术在TA2钛表面制备出耐1000℃高温的Ti_5Si_3/Ti_3Al复合涂层,并采用XRD、SEM和等温氧化技术对激光合金化后涂层的组织特征和1000℃、50h空气等温氧化性能进行了系统研究。研究结果表明:涂层主要由初生的Ti_5Si_3相和Ti_5Si_3/Ti_3Al共晶组织组成;复合涂层经过1000℃、50h空气等温氧化后的氧化增重速率约为基体的1/12;复合涂层的氧化产物主要是Ti O_2、Al_2O_3和SiO_2;复合涂层中Ti_5Si_3和Ti_3Al两相的存在是其抗高温氧化性能提高的主要原因。     

钎焊温度对Ti60/AgCu/ZrO_2接头界面组织及性能的影响

采用AgCu钎料实现了Ti60合金和ZrO_2陶瓷的钎焊连接。使用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)、能谱仪(Energy Dispersive Spectrometer,EDS)和X射线衍射仪(X-Ray Diffractometer,XRD)等分析测试手段,对不同钎焊温度下获得的接头界面组织结构进行了分析。研究表明,Ti60/AgCu/ZrO_2接头典型界面组织为:Ti60合金/α-Ti+Ti_2Cu扩散层/TiCu+TiCu_2/Ag(s,s)+Cu(s,s)/Ti_3Cu_3O反应层/TiO反应层/ZrO_2陶瓷。随着钎焊温度的升高,α-Ti+Ti2Cu扩散层、TiCu+TiCu_2层、Ti3_Cu_3O层及TiO层厚度均逐渐增加,颗粒状Ti-Cu化合物不断长大,Ag(s,s)和Cu(s,s)含量逐渐减少。剪切试验表明,在钎焊温度为900℃、保温时间为10min条件下获得的接头室温抗剪强度最高为124.9 MPa,500℃和600℃抗剪强度分别为83.0 MPa和30.2 MPa。断口分析表明:接头沿ZrO_2陶瓷/钎料界面和靠近该界面的钎缝发生断裂。     

H_2在Al_nCu_m(n=4-6,m=1-3)团簇上的分子吸附理论研究

采用遗传算法结合密度泛函理论,搜索了Al_nCu_m(n=4-6,m=1-3)团簇的稳定结构,计算了团簇的结合能;采用密度泛函理论的B3LYP/6-31+G(d,p)方法优化了氢分子的吸附结构,计算了氢分子的吸附能。除Al_4Cu_3,Al_5Cu_2和Al_6Cu团簇外,其它Al-Cu团簇与相应的纯Al团簇相比稳定性增强。氢分子倾向于吸附在原子的顶位,在Al原子顶位的吸附强度很弱,在Cu原子顶位的吸附较强,吸附能可达到-0.212 eV,达到了氢分子吸附的理想吸附强度。     

Al/Ni含能多层膜在Al2O3陶瓷/不锈钢焊接中的应用

采用磁控溅射设备,生长AuSn合金做焊料层、Al/Ni含能多层膜做热量提供层,实现了不锈钢和Al_2O_3间的异质材料自蔓延高温扩散焊。利用SEM、XRD和DSC等测试手段表征AuSn合金和Al/Ni含能多层膜的微观形貌、相成分和放热量;用万能试验机测试焊接接头的力学性能。结果表明,AuSn合金的质量比基本达到80∶20,而多层膜的层状结构清晰,反应热达到1 239 J/g。焊接实验结果表明,仅使用AuSn焊料时,剪切强度仅为46 MPa,在增加Al/Ni含能多层膜后,其剪切强度可达90 MPa,强度提高了约一倍。焊接接头的界面显微形貌和相结构研究表明,剪切强度的增强主要是Al/Ni多层膜提供了额外能量使得界面处的反应剧烈,陶瓷金属化层与中间层的反应加剧,形成了新的反应生成物。     

Thermoelectric Properties of Mg_2Si_(1-x)Sn_x Synthesized by Bulk Mechanical Alloying

Bulk mechanical alloying (BMA) has been successfully applied to solid-state synthesis of p-type and n-type thermoelectric mate-rials Mg2Si1–xSnx (x = 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1) from element-powders at the room temperature in a relatively short time. The electrical conductivity, the Seebeck coefficient and the thermal conductivity of the Mg2Si1–xSnx are quite sensitive to the x-content. With the x-content rising, the electrical conductivity increases. When x = 0.6, it reaches the lowest and Mg2Si shows an n-type of semi-conducting. However, when x = 0.2 and T >525 K, the Seebeck coefficient of the samples will change the opposite way. While x≥0.4, the samples present a p-type of semi-conducting. The figure of merit, Z of Mg2Si1–xSnx will be obtained in the range from 300 K to 700 K. When x = 0.6, Z proves to be higher than that of other samples at 300 K≤T≤650 K.     

热轧对Ti50Ni50-xAlx(x=1,2,4)形状记忆合金微观组织、相变和力学性能的影响

形状记忆合金的相变和力学性能受机械加工过程影响明显.在850℃下将Ti50Ni50-xAIx(x=1,2,4)形状记忆合金轧制成为板材.采用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射对合金的微观结构研究表明:合金由NiTi相和Ti2Ni相组成,Al元素在Ti2Ni相中的固溶度比在TiNi相中高.差示扫描量热分析和电阻-温度测试表明...     

热压烧结Ti_2AlN金属陶瓷材料的物相及显微结构

以TiN,Ti和Al粉末为原料,按1∶1∶1.03的配比,经机械球磨混合后,采用热压烧结的方法制备Ti_2AlN块体陶瓷材料。采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等手段,分析烧结产物的相组成和微观结构特征。研究表明:在烧结温度为1300℃、保温2.5 h下,可获得物相比较单一的Ti_2AlN陶瓷材料,所得Ti_2AlN为六方晶系层片状结构,组织呈现出各向异性,晶体中存在孪晶;烧结产物中残存少量的纳米级TiN颗粒。     

Ti3Al基合金微弧氧化膜的制备和性质

利用微弧氧化方法在Ti3Al基合金上制备了厚度达120 μm的陶瓷膜.研究了陶瓷膜的生长曲线,发现膜层厚度随着氧化时间的增加而增加,在不同氧化阶段生长速度不同,膜层以向外生长为主;显微结构和硬度分析都发现,陶瓷膜分为两层结构,即内层和外层,陶瓷膜内外层的主要物相是(Ti0.6Al0.2Nb0.2)O2相,外层中还有一定数量的无定形SiO2相;陶瓷膜的最大显微硬度可以达到基体硬度的3倍左右.显微划痕实验表明:膜与基体间结合力大于40N,膜与基体结合良好.电化学极化曲线测试显示陶瓷膜在3.5%盐水溶液中的耐蚀性与Ti3Al基体相比有较大的提高.     

超洁净环境中三维非晶态凝固研究

采用超洁净环境对 Zr₄₁ Ti₁₄ Ni₁₀Cu_12.5 Be_22.5 合金进行电弧熔炼,在 1 0 0～ 1 50 K/s的慢速冷却条件下,成功地制备出厚度大于 1 0 mm的非晶合金。这是一种在超洁净环境中的部分无容器凝固,可以获得较大过冷度。随着熔炼过程中氧含量的增多,由于合金表面被氧化,氧化物作为异质晶核强烈促使液态合金结晶。利用红外测温方法快速检测了合金在凝固过程中非晶的形成。通过分析润湿角因子 f(θ)对合金形核与结晶过程的影响,获得了非晶态凝固所需临界冷却速率 Rc 与润湿角θ之间的关系。     

at％合金晶化动力学

ａｔ％非晶合金晶化动力学。在恒加热速率晶化曲线上,随升温率在１～４０Ｋ／ｍｉｎ范围变化,分别出现３～４个放热峰。利用Ｋｉｓｉｎｇｅｒ法,Ｏｚａｗａ法和Ａｒｈｅｎｉｕｓ法分别计算了晶化激活能,认为Ａｌ８３Ｙ１０Ｎｉ７非晶合金在Ａｌ－Ｙ－Ｎｉ系有较高的结构稳定性,晶化时第一个放热峰晶化相的等温晶化动力学在０. １５＜ｘ＜０. ８５范围内符合Ｊ－Ｍ－Ａ方程,Ａｖｒａｍｉ指数ｎ＝２. ５;引用阶段Ａｖｒａｍｉ指数和阶段激活能,研究了等温晶化过程中不同阶段的形核和长大行为。     

非晶合金的弹塑性本构关系研究

为了将大块非晶合金塑性本构方程拓展到多维应力空间 ,对Zr41.2 Ti13 .8Ni10 Cu12 .5Be2 2 .5大块非晶合金进行了拉压和扭转剪切实验研究。对实验结果的深入分析表明了该材料具有Mises强化特性。应用连续介质力学的弹塑性理论 ,对材料的屈服变形行为进行了研究 ,借助材料的压缩实验和剪切实验资料 ,推导出多维应力状态下大块非晶合金的塑性本构关系的 2种表达式。证明了 2种表达式的统一性。     

快速凝固铝合金粉末表面氧化的研究

应用光电子能谱(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)系统研究了快速凝固纯铝粉末及高强Al-7.52n-2.0Mg-2.0Cu,高温Al-4Mn-4Ni-0.6Mg-0.6Zr和超轻Al-3.2Li-1.1Mg-0.3Cu-0.2Zr合金粉末表面结构及氧化层厚度和组成,探讨了合金元素,粉末尺寸及储存条件对粉末表面结构及氧化状况的影响。     

用Ti/Cu/Ni中间层二次部分瞬间液相连接Si3N4陶瓷的研究

采用Ti/Cu/Ni中间层对Si3N4陶瓷进行二次PTLP连接,研究Ti箔厚度、连接工艺参数对Si3N4/Ti/C/Ni连接强度和界面结构的影响.结果表明Ti箔厚度对连接强度的影响是通过对反应层厚度的影响体现的;在本文试验条件下,改变二次连接工艺参数对Si3N4/Ti/Cu/Ni二次PTLP连接界面反应层厚度无明显影响,其对室温强度的影响是由于连接接头残余应力的变化所导致的;Si3N4/Ti/Cu/Ni二次PTLP连接界面微观结构为Si3N4/反应层/Cu-Ni固溶体层(少量的Cu-Ni-Ti)/Ni.     

Al含量对空心阴极等离子烧结Ti/Ni等原子比TiNiAl合金组织和力学性能的影响

 采用空心阴极等离子烧结工艺制备了Ti/Ni等原子比的Ti_50-x/2Ni_50-x/2Al_x(x=0,3,6,9)合金,研究了Al含量对合金微观组织以及力学性能的影响。结果表明:未添加铝的合金微观组织主要由NiTi基体、强化相Ti₂Ni、Ni₃Ti及孔隙组成;随着Al含量的提高,合金中Ti₂Ni(Al)数量不断增多,孔隙数量和孔径不断增加,Ni₃Ti(Al)数量不断减少,在Ti_45.5Ni_45.5Al₉中还生成了少量Ni₂TiAl相;合金的抗弯强度随Al含量的提高而增加,并在Al含量为6%时达到最大值296.3 MPa;合金的硬度随铝含量的提高而增加,Ti_45.5Ni_45.5Al₉的硬度值为295.6 HV。     

时效对快速凝固铝锂合金组织和性能的影响

研究了时效对快速凝固Ａｌ—３．２Ｌｉ—１．２Ｍｇ—０．３Ｃｕ—０．２Ｚｒ合金拉伸性能和微观组织的影响。结果表明,低温长时间时效达到接近峰值状态,合金的综合性能优于高温短时间时效达到峰值状态的综合性能。合金中主要强化相为δ＇（Ａｌ３Ｌｉ）相,Ｃｕ、Ｍｇ起固溶强化。合金中Ｚｒ主要以亚稳态的Ａｌ３Ｚｒ存在,并同时与δ＇相形成（δ＇／Ａｌ３Ｚｒ）相。文中讨论了影响合金塑性的因素,指出界面析出相是快速凝固Ａｌ—Ｌｉ合金中值得重视的问题。     

高能量密度燃料HDF-1与金属材料的相容性

研究了高能量密度燃料HDF－1在贮存使用过程中与可能接触到的金属材料的相互影响，通过升温加速的实验方法，考察了燃料对金属表面的影响以及金属材料对燃料氧化的影响，结果表明，HDF－1对钛，铝金属表面无影响，对铜表面的影响小于3^#航空煤油（RP－3），铝，钛，铝镍合金对燃料体系无影响，而铜，铁对燃料氧化具有明显的催化作用，进一步研究表明，铁具有更强的作用效果，通过对照实验发现HDF－1与材料的相容性优于RP－3。     

高Cr铸造镍基高温合金K4648与陶瓷型芯的界面反应研究

采用金相显微镜、扫描电镜及能谱、电子探针和X射线衍射对高Cr铸造镍基高温合金K4648等轴晶和定向凝固铸件的合金/陶瓷型芯界面反应进行了系统研究,获得反应时间与反应量关系的界面反应动力学曲线、不同反应时间的反应界面形貌及产物的种类。结果表明:高Cr铸造镍基高温合金K4648与铝基型芯不易发生反应,而与硅基陶瓷型芯发生剧烈的界面反应,反应产生金属瘤状凸起物,造成铸件内腔破坏。此外,白色的硅基型芯内部变成黑色,黑色反应区内含有一定量的Cr,Al,Ti元素。在反应的中、后期型芯黑色反应区内还存在着灰色区,该区的Cr,Al,Ti含量远高于黑色反应区。高Cr铸造镍基高温合金K4648合金与硅基陶瓷型芯反应分为:(1)富Cr,Al,Ti熔体向型芯内的渗入阶段;(2)富Cr,Al,Ti熔体与陶瓷型芯SiO2基体的反应;(3)富Cr,Al,Ti的熔体与型芯中Zr-SiO4颗粒反应三个阶段。反应过程中型芯存在局部液化现象。K4648合金/硅基陶瓷型界面反应产物主要为层状或树枝状Al2O3,块状Cr3Si金属间化合物、ZrO2,富Cr,Zr,Al,Ti的复合氧化物、共晶形态的富Cr,Si,Al,Ti的复合氧化物、块状或树枝状的富Ti,Al,Zr,Cr复合氧化物。反应产物中的Cr,Al,Ti元素来自合金熔体而Zr,Si,O来自陶瓷型芯。     

Influence of welding parameters on microstructure and mechanical properties of electron beam welded Ti60 to GH3128 joint with a Cu interlayer

Effects of welding parameters on the microstructure and mechanical properties of Ti/Cu/Ni joint welded by electron beam were investigated. High welding heat input increased the melting quantity of Ti60 titanium alloy and promoted the formation of Ti–Cu intermetallic compounds (IMC) such as Ti₂Cu and Ti₃Cu₄, increasing the brittleness of the joints. Low welding heat input was not conducive to the complete melting of the copper interlayer, and the unmelted copper reduced the performance of the joints. Under the optimal welding parameters, Ti–Ni IMCs in the weld would be replaced by (Cu, Ni) solid solutions ((Cu, Ni)_ss). However, Ti–Cu IMC layers cannot be eliminated entirely by changing the welding parameters. The maximum tensile strength of the joints was 201 MPa. The fracture of the joints occurred at the Ti–Cu IMC layer, which was a typical brittle fracture.