Ti2AlC/TiB2/TiC复相陶瓷的制备及性能研究

采用SHS法合成了Ti_2Al C、TiB_2、TiC三相复合陶瓷粉体;应用SPS技术制备了Ti_2AlC/TiB_2/TiC块体复相陶瓷材料;采用XRD、SEM和EDS等手段对复相材料的相组成、微观形貌进行了分析。研究结果表明:在所制备的复相块体陶瓷中,Ti2Al C为基体相,TiB_2和TiC弥散分布于基体相中;复相块体陶瓷具有高的致密度,为99.6%;显微硬度平均为12.96 GPa;断裂韧性为45.28 MPa·m~(1/2),这为下一步研究其可加工性提供了实验依据。     

TiC／Ti3AlC2复合材料的原位合成

以Ti粉、铝粉和活性碳粉为反应原料,利用高能球磨及热压工艺合成了TiC/Ti3AlC2复合材料.研究了在Ti-Al-C体系中,温度对TiC/Ti3AlC2复合材料的影响,并重点分析了反应过程热力学机理及材料微结构的影响.结果表明:通过高能球磨及热压烧结,在1 300℃时得到了物相比较均匀、致密的TiC/Ti3AlC2复合材料.通过高能球磨使得晶粒不断得到细化,使Ti3AlC2的烧结温度降低,同时分析TiC/Ti3AlC2复合材料微观结构的增韧机理,发现TiC是以颗粒增韧方式镶嵌在Ti3AlC2基体中.     

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.     

MA 及原位-热压合成TiC/ Ti5 Si3 复合材料

以Ti粉、Si粉和C粉为原料,利用高能球磨及热压工艺合成了TiC/Ti5Si3陶瓷复合材料。研究了工艺条件尤其是热压温度对合成产物相组成及微观结构的影响,并结合DSC、XRD和SEM对反应合成机理进行探讨。结果表明:通过优化合成工艺,高能球磨12 h,热压温度1 400℃时,烧结6 h得到了高纯度的TiC/Ti5Si3陶瓷复合材料;合成过程为:反应开始时发生Ti+C■TiC,反应ΔG=-167.72 kJ/mol。2 h时发生5TiC+8Si■Ti5Si3+5SiC,反应ΔG=-62.12 kJ/mol,当6 h时发生3SiC+8Ti■Ti5Si3+3TiC,反应ΔG=-697.8 kJ/mol。显微结构表明:TiC/Ti5Si3复合材料的合成过程伴随Si熔融,该材料以TiC-Si-Ti5Si3形式相结合,其中Si为黏结剂。     

Ｔｉ－Ｓｉ－Ｂ４ Ｃ－Ｃ 系的燃烧反应机理

针对Ｔｉ－Ｓｉ－Ｂ４Ｃ－Ｃ 反应体系ꎬ在进行热力学分析的基础上ꎬ采用燃烧合成法制备了复相陶瓷粉

体ꎬ采用ＸＲＤ、ＳＥＭ 对反应产物的物相和组织结构进行表征ꎬ探讨了燃烧反应机理ꎮ 研究结果表明ꎬ所制备复

相陶瓷由Ｔｉ３ＳｉＣ２、ＴｉＢ２、ＴｉＣ 三相组成ꎬ其质量分数分别为４４.２％、２７.９％、２７.９％ꎮ ＴｉＢ２相以棱角分明的颗粒形

态存在ꎬＴｉＣ 相以不规则的球形颗粒存在ꎬ两种颗粒弥散分布于具有典型层状结构Ｔｉ３ＳｉＣ２基体中ꎮ Ｔｉ－Ｓｉ－Ｂ４ＣＣ

体系反应机理可以概括为Ｔｉ 与Ｃ 的燃烧反应、Ｔｉ－Ｓｉ 熔体的形成、Ｂ 的还原与Ｔｉ３ ＳｉＣ２ 的合成、ＴｉＢ２ 的生成与

长大四个基本过程ꎮ

     

Ti2SnC的合成及其反应机制的研究

采用常压烧结技术,分别对Ti/Sn/C和Ti/Sn/TiC两种配料,在950～1250℃温度范围、保温15～360 min,真空条件下进行烧结.结果表明,两种配料均在1200℃短时间内合成了高纯度Ti2SnC粉.利用X射线衍射(XRD),能量色散谱仪(EDS)及扫描电镜(SEM)对Ti2SnC粉末进行了表征,并对Ti2SnC的形成机制进行了分析.所制备的Ti2SnC为片状颗粒,表面光滑,颗粒尺寸小于10 μm,厚度约为1～2 μm.Ti2SnC的形成机制是,在Ti-Sn-C反应系统中,Ti和Sn先反应形成Ti-Sn化合物;然后是Ti和C反应形成TiC;最后,Ti-Sn化合物和TiC反应形成Ti2SnC.此反应机制进一步由Ti-Sn-TiC反应系统验证.     

TiC-Ni材料燃烧合成与致密化工艺参数的优化

通过燃烧合成与致密化方法制备了TiC -xNi系金属陶瓷材料 ,通过实验优化了Ti -C -xNi体系燃烧合成与致密化过程中的工艺参数 ,最终确定了各体系燃烧合成时的最佳预制块相对密度为 5 6 %左右 ,预压力P1为 10MPa ;确定了致密化时的高压力P2 为 16 0MPa ,高压保压时间t2 为 2 0s ,并确定了各体系的最佳加压时间t1     

高能球磨及热压合成Al_2O_3/Ti_3AlC_2复合材料显微机理分析

以Ti,Al和活性炭粉为主要原料,利用高能球磨及热压烧结工艺在1200℃合成Al2O3/Ti3AlC2复合材料,复合材料是在Ti3AlC2层状材料的制备过程中同时被合成。研究了在Ti-Al-C体系中,烧结温度对反应产物的影响,并重点分析了反应机理及材料微观结构对性能的影响。结果表明:通过高能球磨使的Ti3AlC2的烧结温度降低,在1200℃热压烧结时得到了物相比较均匀的、致密的Al2O3/Ti3AlC2复合材料;通过XRD,DSC和SEM测试,分析了Al2O3/Ti3AlC2复合材料的相组成及显微结构,发现Al2O3以颗粒形式均匀地分布在Ti3AlC2基体中,起到弥散增强的效果,并通过阻碍Ti3AlC2表面微裂纹的扩展使裂纹在断裂扩展过程中中断,起到微裂纹增韧效果,大大提高了复合材料的力学性能。     

钢表面热爆合成耐热金属间化合物基复合材料

利用钢熔体点燃Ti-C-3Ni-Al体系热爆反应,在钢件表面合成一层金属间化合物基复合材料,通过对Ti-C-3Ni-Al体系的反应热力学和热爆产物的形貌的分析,研究了金属间化合物基复合材料的物相、组织形态及界面。结果表明:在熔融钢液作用下,Ti-C-3Ni-Al体系反应完全,制备出TiC颗粒增强金属间化合物基表面复合材料。研究发现,TiC的含量对表面复合材料的表面组织和界面结合有明显影响,随着TiC含量的提高,颗粒尺寸略有长大,复合材料更致密,与钢基体界面变为良好的冶金结合。     

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.     

Ti-Al-TiO2系的热压合成及反应过程研究

利用Ti-Al-TiO2系的放热反应,以原位合成和联合引入Al2O3颗粒的思路经热压合成了TiAl基复合材料。借助DTA研究了Ti-Al-TiO2系的反应过程,并采用XRD、SEM等检测手段表征了产物的相组成及微观结构。结果表明:Ti-Al-TiO2系的反应始于Al的熔化,首先发生了Ti和Al的化合反应最早生成了TiAl3;继而引发了Al和TiO2的还原反应,释放出大量热量;最后非稳定态TiAl3与Ti结合经竞争扩散反应,生成稳定态的TiAl和Ti3Al。产物由TiAl、Ti3Al和Al2O3三种物相组成,Al2O3颗粒分布于基体交界处,存在一定的团聚。Al2O3的引入,使得基体晶粒尺寸变小,但脆性相含量增多。     

原位合成Al2O3/Ti-Al复合材料的研究

利用氧对金属Ti、Al粉的部分氧化，原位合成了Al2O3／Ti-Al复合材料，通过XRD和SEM手段，发现Al2O3分布在Ti—Al基体交界处，在一些制得的复合材料中出现了大量原位生成的纤维。借助差热分析，对该制备过程的反应机理进行了初步探讨，研究认为该制备过程的反应步骤为：Ti、Al金属粉表面氧化→铝的熔化→TiAl，的生成→Ti2Al、TiAl、Ti，Al等多种化合物生成和Al对TiO2的还原反应。原始组成中铝含量决定了复合材料的主要晶相组成，铝含量不足时，生成Ti2Al、TiAl、Ti3Al等多种金属间化合物和氧化铝；铝含量足够时，最终的产物为TiAl3、金属铝以及氧化铝等相。     

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。     

Ti3 AlC2的性能与制备

介绍了Ti3AlC2的性能特点,分类阐述了不同反应体系制备Ti3AlC2的状况以及获得高纯Ti3AlC2的合成方式.     

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。     

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.     

Ti-51.8at%Ni形状记忆合金中Ti_3Ni_4相的析出过程

 用透射电镜系统地研究了Ti-51.8at％Ni形状记忆合金在300～600℃时效时Ti_3Ni_4相的析出过程。结果表明:Ti_3Ni_4相以均匀成核方式从过饱和基体中弥散析出。时效初期,Ti_3Ni_4相为细小颗粒状;随时效时间延长或时效温度升高,Ti_3Ni_4相逐渐长大为透镜片状,最终粗化为粗片状。Ti_3Ni_4相通常与基体保持良好的共格关系,其共格应变场衬度随Ti_3Ni_4相尺寸增大而变化,至Ti_3Ni_4相聚集粗化后,与基体的共格关系逐渐丧失,并在其周围基体中产生位错,位错的柏氏矢量为1/2(111)_(B2)或1/2(111)_(B2)。     

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。     

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。     

TC4表面钛基激光熔覆层中WC熔解行为及摩擦学性能

WC是有效提升TC4合金表面摩擦学性能的熔覆合成材料之一,但其易在涂层中残留未熔颗粒,影响涂层的质量与性能。本研究采用同轴送粉激光熔覆技术,在TC4表面制备5%,10%和15%（质量分数/%）WC的TC4+WC钛基耐磨涂层,分析研究涂层的宏微观组织、显微硬度及摩擦学性能,重点揭示WC在熔池中的熔解和残留机制。结果表明：WC添加未影响涂层生成相种类,析出相主要包括原位TiC和基体相α-Ti、β-Ti,其中TiC与涂层中残留WC颗粒形成了共格包覆镶嵌结构相,阻止WC在熔池中的进一步熔解,导致WC在涂层中产生残留、团聚现象;WC添加量与涂层显微硬度呈正相关分布;随着材料体系中WC含量逐渐增加,涂层耐磨性能逐步提高,三个WC添加量涂层磨损率较TC4基材分别下降了约21.1%、38.2%和56.1%,但残留WC导致涂层摩擦磨损过程产生局部应力集中,摩擦学性能出现明显波动。