激光合成金属间化合物基复合材料研究进展

对激光合成颗粒增强金属间化合物基复合材料进行了研究,包括Ni3Al/WC、NiAl/TiC、Ti3Al/TiC和MoSi2/SiC,用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪对材料成分和组织特征进行了分析,提出并讨论了影响激光合成金属间化合物基复合材料的关键问题.激光合成具有多种强韧化方法协同、提高金属间化合物强度和塑性的特点,有利于金属间化合物性能的综合改善.     

铝合金搅拌摩擦加工原位反应生成物颗粒增强机制

在1100-H14铝合金基体表面开凹槽添加Ni粉进行搅拌摩擦加工(Friction Stir Processing,FSP),利用Ni粉在搅拌过程中的碎化及其与基体的原位反应生成的高强、高硬的金属间化合物制备强化的表面复合层。结果表明,不同于添加陶瓷颗粒的FSP工艺,Ni颗粒能在搅拌过程中充分碎化,并与铝基体原位合成金属间化合物,原位自生的增强体颗粒与基体是以金属键合的方式结合在一起,因此与基体金属间具有良好的界面相容性和界面结构,能够很大程度上改善颗粒的强化效果。增强颗粒与基体结合界面的性质对复合层硬度的影响非常显著,为了提高复合层硬度,提出了通过原位反应获得颗粒/基体的高强界面的模型。     

高能超声辅助原位合成Al-Cr/Al复合材料

采用高能超声辅助铸造法制备Al-Cr金属间化合物/Al原位复合材料.利用扫描电镜观察复合材料中增强体颗粒的大小、形貌和分布,应用XRD、EDS对复合材料进行物相分析,并研究复合材料的硬度.结果表明:通过高能超声辅助铸造法制备的Al-Cr/Al原位复合材料中金属间化合物增强体颗粒呈多边形,尺寸较为细小,分布均匀;原位反应时Al和Cr首先生成Al0.983Cr0.017金属间化合物,随着Cr含量的增加,然后生成高Cr化合物;随着温度的升高,有利于更稳定、性能更好的化合物生成;这些金属间化合物会相互扩散,最终形成均匀的混合增强相,并保持Al,Cr的原子比例不变;复合材料的硬度随Cr含量的增加而增加,随Cr颗粒尺寸的增加而具有最大值,当Cr含量为10％,粒径为75 μm时,复合材料硬度增加了2.5倍.     

以Ti/V/Cu、V/Cu为中间层的TiAl合金

用真空扩散连接方法对TiAl/Ti/V/Cu/40Cr钢及TiAl/V/Cu/40Cr钢进行了研究。结果表明,以Ti/V/Cu作中间层的接头拉伸强度高于以V/Cu作中间层的接头强度。界面分析显示,Ti/V、V/Cu、Cu/40Cr钢的各个结合界面处未形成金属间化合物,而TiAl/Ti的结合界面上有Ti3Al产生;在TiAl/V的界面上有Ti3Al、Al3V两种金属间化合物产生;界面上脆性金属间化合物的产生是接头发生断裂的原因。     

工艺参数对原位自生Al2O3-TiCP/Al复合材料组织结构的影响

借助DSC、SEM、EDS、XRD等测试技术,对Al-TiO2-C体系合成的Al2O3-TiCP/Al复合材料的组织结构进行了详尽的分析,讨论了工艺参数对该复合材料微观组织结构的影响规律.结果表明,反应初始温度对复合材料的制备影响显著.当铝液温度为1 100℃时,Al-TiO2-C体系反应结束后经石墨棒充分搅拌,可获得细小、弥散且均匀分布的Al2O3和TiC颗粒增强的铝基复合材料.     

TiCp/ZA-12复合材料凝固时TiCp的行为

利用XD法与搅拌铸造技术相结合的工艺制备TiCp/ZA-12复合材料，采用常规凝固与定向凝固的技术研究增强粒子TiCp在凝固界面的行为，结果表明，常规凝固条件下，TiC含量较低时，颗粒主要分布于共晶相内，TiC含量较高时，颗粒不仅存在于共晶相内，也存在初生相内，定向凝固条件下，由于初生相对TiC的排斥作用使TiCp/ZA-12复合材料凝固组织中存在TiC聚集的带状组织，TiCp在带状组织中的聚集程度与TiC含量有关，随TiCp含量增加，聚集程度减小，当TiCp含量超过6％后，聚集带已不明显。     

Ho_2O_3掺杂对原位合成HoAl-Al_2O_3/TiAl复合材料显微组织及性能的影响

采用固态置换反应原位合成工艺,利用Al—Ti—TiO2-Ho2O3体系的放热反应合成了HoAl-Al2O3／TiAl复合材料。利用XRD和SEM分析了Ho2O3掺：枭对原位合成HoAl,Al2O3颗粒强化钛铝基复合材料显微组织的影响,探讨了稀土氧化物（Ho2O3）的细化机制。测试了力学性能。结果表明：Al—Ti—TiO2-Ho2O3系原位合成的HoAl-Al2O3／TiAl复合材料由TiAl,Ti3Al,Al2O3以及HoAl相组成;HoAl金属间化合物弥散分布于基体晶粒和Al2O3颗粒交界处,限制颗粒长大,细化基体晶粒与Al2O3,颗粒,同时提高了HoAl,Al2O3颗粒在基体中的分散度;Ho2O3的引入改善了复合材料的力学性能。     

金属-金属间化合物叠层复合材料研究进展

金属-金属间化合物叠层复合材料既可以保留金属间化合物的高温强度,又可以继承金属在室温下的良好的塑性和韧性,逐渐成为国内外学者的研究重点。本文综述了Ti-Al系、Ni-Al系、Fe-Al系、Nb-Al系及其他常见金属-金属间化合物叠层材料的研究现状,并着重介绍了其常用制备方法,如热压复合法、爆炸焊接法、放电等离子烧结法等,分析了每种制备方法的优缺点。同时从内、外部两个方面归纳总结了金属-金属间化合物叠层材料增韧机理。最后分析了金属-金属间化合物叠层复合材料现阶段研究存在的问题,并认为Ti-Al系叠层复合材料仍将是未来研究的重点。如何进一步提升金属-金属间化合物叠层复合材料的室温塑性和韧性,深入探讨复合材料的增韧机理,优化制备工艺,是金属-金属间化合物叠层复合材料能否实现工程化应用的关键。     

Si_3N_4/TiC复合材料的显微结构与力学性能

本文通过XRD和SEM分析了热压Si_3N_4/TiC的显微组织特征,研究了添加TiC粒子对Si_3N_4陶瓷力学性能的影响。结果表明:在Si_3N_4/TiC颗粒复合材料中,TiC与裂纹前端的交互作用使裂纹发生偏转,增加了裂纹扩展阻力,使断裂韧性值提高,断口形貌趋于复杂;同时TiC与Si_3N_4的弱界面结合以及TiC团聚体的存在使Si_3N_4/TiC在韧性增加的同时强度降低。K_(IC)增加越显著,强度下降越明显。     

C_f/SiC复合材料与Ti合金的AgCuTi-W复合钎焊

本文利用AgCuTi-W复合钎料作中间层,在适当的工艺参数下真空钎焊Cf／SiC复合材料与Ti合金,利用SEM,EDS,XRD分析接头微观组织结构,利用剪切试验检测接头力学性能。研究结果表明：钎焊时,复合钎料中的Ti借助Cu-Ti液相与Cf／SiC复合材料反应,在Cf／SiC复合材料与连接层界面形成Ti3SiC2,Ti3Si和少量TiC化合物的混合反应层。复合钎料中的Cu与Ti合金中的Ti发生互扩散,在连接层与Ti合金界面形成不同成分的Cu—Ti化合物过渡层。钎焊后,形成W颗粒强化的致密复合连接层,W颗粒主要分布在Cu-Ti相中。W的加入缓解了接头的残余热应力,Cf／SiC／AgCuTi—W／TC4接头剪切强度明显高于CF／SiC／AgCuTi／TC4接头。     

反应火焰喷涂Ti-Ni-C系陶瓷／金属复合涂层

以钛粉、镍粉和碳的前驱体(蔗糖)为原料通过前驱体碳化复合技术制备了Ti-Ni-C系反应喷涂复合粉末,并通过普通氧乙炔火焰喷涂技术成功制备了以TiC为增强相的陶瓷/金属复合涂层.采用XRD和SEM对喷涂粉末和涂层的相组成和显微组织结构进行了分析.研究结果表明:采用前驱体碳化复合技术制备的Ti-Ni-C系复合喷涂粉末有非常紧密的结构;可有效的解决反应喷涂过程中原料粉末分离的问题;喷涂所得到的陶瓷/金属复合涂层具有典型的热喷涂组织特征,其由原位合成的纳米级TiC颗粒分布于金属基体内部形成的复合强化片层组织和TiC和Ti2O3共生聚集片层交替叠加而成;涂层基体以Ni和Ni3Ti形式存在.     

TA1/Q235循环累积变形复合界面研究

借助扫描电镜、X射线衍射仪等手段,对循环累积变形复合后的Ti/Q235复合试样的界面生成物和界面形貌进行分析.结果表明:两母材元素在界面反应生成TiC和Fe2Ti化合物;TA1/Q235复合前去除氧化膜后在待结合面上制造一层脆性覆膜,有利于形成冶金结合.     

原位钛基复合材料中TiB的生成热力学及动力学

采用自蔓延高温合成（SHS）、感应熔炼和熔模精铸相结合的方法，利用Ti—B—Al体系制备出了原位自生TiB增强的钛基复合材料。借助XRD、SEM和TEM分析了复合材料的物相和增强体的形态。结果表明：在复合材料中只存在TiB增强体和Ti，无TiAl3杂质相形成，TiB增强体呈柱状短纤维，这与其B27晶体结构有关，且增强体／基体界面清洁无杂质污染，并从热力学和动力学两方面论述了在Ti—B—Al体系中制备TiB增强体的生成机制：在Ti-B—Al体系中，Al首先受热熔化使得Ti和B相继溶解于Al液中；Ti与Al之间先行发生化学反应形成Ti—Al金属间化合物，放出的热量进一步引发了溶解于液相中的B和Ti产生高温自蔓延形成Ti—B化合物。以热力学理论分析，应最终形成TiB2，但实际上由于动力学影响，最终形成了TiB。     

Ti的添加方式对反应钎涂碳化物／铁基合金复合涂层组织结构的影响

利用钛铁粉、纯钛粉、铬铁粉或纯铬粉、硼铁粉、镍粉、硅粉和胶体石墨粉,真空条件下通过反应钎涂在低碳钢基体表面制备与基体为冶金结合的碳化物/铁基合金复合涂层.研究Ti的添加方式对涂层组织的影响.试验结果表明,涂层组织结构由粘结相Fe基体相和增强相碳化钛、碳化铬构成.Ti的添加方式对涂层组织结构影响很大.不同的Ti添加方式,导致涂层中碳化钛形态及涂层致密度差别较大.分析认为,Ti的添加方式对涂层组织结构的影响是由于涂层TiC合成时受到的动力学条件不完全相同造成的.     

γ-TiAl金属间化合物合金激光表面合金化组织与摩擦学性能

分别利用预涂活性碳粉和 Ti C粉 2种方法对γ-Ti Al基合金 Ti-4 8Al-2 Cr-2 Nb进行激光表面合金化,制得了无裂纹、表面光滑、内部组织致密、厚度可达 1.6mm以上的、以硬质 Ti C树枝晶为增强相的快速凝固“原位”金属基耐磨复合材料表面改性层,分别采用 OM,SEM,EDS,XRD等方法分析了激光合金化耐磨表面改性层的显微组织,分别在销 -环滑动磨损、Si C纤维刷式高速滑动磨损及微动磨损条件下评价了激光表面改性层的摩擦学性能。结果表明 :采用上述 2种方法所获激光表面合金层组织均匀、与基体间结合为完全冶金结合,合金层硬度及在 3种磨损条件下的耐磨性均大幅度提高。激光表面合金化是提高γ-Ti Al合金摩擦性能的一种很有前途的表面改性方法     

XDTM法制备TiCp/ZA-12复合材料

采用XD^TM法制备TiCp／ZA一12复合材料。组织观察表明：TiCp原位自生，在基体中均匀分布，没有颗粒的偏聚和宏观、微观偏析存在；自生的TiCp多呈近球形，其表面光滑圆整，没有棱角和尖角；与基体合金的界面结合较为紧密，无反应产物存在。拉伸试验表明：复合材料具有较高的抗拉强度和屈服强度。     

真空热爆加压法制备高颗粒含量TiCp/2024复合材料

采用真空热爆加压法（简称ＶＴＥＰ）工艺制备了高粒子含量ＴｉＣｐ／２０２４复合材料。通过数据采集器记录了不同铝含量时热爆反应的时间－－温度曲线;通过ＸＲＤ分析了ＴｉＣｐ／２０２４复合材料的相组成;用ＳＥＭ和ＴＥＭ观察了ＴｉＣｐ／２０２４复合材料的显微组织、微观结构和断口形貌。结果表明：ＶＴＥＰ工艺可以获得颗粒细小圆整、分布均匀、致密的高颗粒含量ＴｉＣｐ／２０２４复合材料。     

SHS／PHIP技术制备TiC—Al2O3—Fe金属陶瓷及其微观组织分析

采用ＳＨＳ／ＰＨＩＰ技术制备出了致密的ＴｉＣ－Ａｌ２Ｏ３－Ｆｅ 金属陶瓷。分析了合成产物的微观组织结构。结果表明,随着金属Ｆｅ 相的加入,ＴｉＣ颗粒尺寸变小,颗粒趋于均匀,且消除了ＴｉＣ与Ａｌ２Ｏ３ 颗粒之间的微孔。粘结相中Ｆｅ 与Ａｌ２Ｏ３ 之间的界面光滑,与ＴｉＣ之间有一薄的扩散层。Ｆｅ 粘结相中有少量胞状有序结构,它可能是以Ｆｅ３Ａｌ为基的ＤＯ３ 型合金相。由于ＳＨＳ／ＰＨＩＰ过程中的快速加压,合成产物的ＴｉＣ颗粒中存在高密度位错。     

激光熔覆原位自生TiC耐磨涂层的组织分析

采用激光熔覆工艺在Ti600合金表面制备了以原位自生TiC为增强相的耐磨涂层,并分析了涂层的微观组织,测试了涂层的硬度.结果表明:涂层与Ti600基体呈现良好的冶金结合,组织均匀致密,TiC均匀地分布于TiNiCrAl固溶体构成的涂层基体中.涂层上部为细小的树枝晶组织,中部为发达树枝晶组织.涂层显微硬度大约是基体的3倍.