激光熔覆TiCx增强钛基复合涂层组织与增强相第一性原理研究

采用同轴送粉激光熔覆技术原位合成了碳化钛(Ti C_x)增强钛基复合涂层。运用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪、显微硬度计等表征与测试方法,同时结合第一性原理研究了Ni Cr-Cr₃C₂添加量与复合涂层微观组织和显微硬度的内在关联性,探究了C/Ti原子比对Ti C_x力学性能及热力学稳定性的影响规律。结果表明复合涂层的微观组织主要由β-Ti型有序固溶体(基体相)和Ti C_x(增强相)组成。Ni Cr-Cr₃C₂添加量对复合涂层中碳化钛的含量、尺度、形态特征有显著影响,且复合涂层上部和下部区域的碳化钛组织存在显著差异。Ti C_x的C/Ti原子比与其形态具有高度相关性,复合涂层中Ti C_x主要包括异形Ti C_0.2-0.4、树枝状Ti C_0.4-0.6、花瓣状Ti C_0.6-0.8及类球状Ti C_0.8-1.0。此...     

SiCf/TC17复合材料制备方法对界面反应层生长动力学的影响

连续SiC纤维增强钛基复合材料(SiC_f/Ti复合材料)具有良好的比强度和综合力学性能，是新一代装备研制备受关注的轻质高温结构材料。SiC_f/Ti复合材料可采用箔压法(FFF)和基体涂层法(MCF)进行制备，为对比两种工艺方法对其界面反应生长的影响，采用FFF和MCF分别制备SiC_f/TC17复合材料。对两种工艺制备的SiC_f/TC17复合材料在高温下(800～900℃)进行热暴露处理，通过扫描电镜对其微观结构及界面反应层厚度进行分析，获得界面反应层在高温下的生长速率，并进一步获得不同制备工艺状态下材料的界面反应动力学参数。结果表明：相同温度下MCF法制备的SiC_f/TC17复合材料界面反应速率大于FFF法制备的复合材料，前者的反应速率因子k₀为4.942×10^-3 m/s^1/2，反应激活能Q为276.3 kJ/mol，后者的界面反应速率因子k₀为8.149×10^-3 ...     

真空压力浸渗法制备B4C/ZL301复合材料的组织与性能

采用真空压力浸渗法制备了B₄C体积分数约为60%的B₄C/ZL301复合材料，对基体材料和B₄C/ZL301复合材料微观组织、显微硬度、摩擦磨损及压缩性能进行测试分析。结果表明，采用真空压力浸渗法制备的B₄C/ZL301复合材料组织致密，增强相颗粒分布均匀，界面结合良好。复合材料的性能明显提高：平均显微硬度为252.00 HV,比铝合金基体(72.08 HV)提高了249.6%;平均摩擦因数为0.214,较铝合金基体(0.385)明显减小；复合材料的压缩强度相对于基体材料提升了9.1%。     

钎焊温度对GH4169/AgCuTi+W/Si3N4的接头组织与力学性能的影响

采用高纯度W箔中间层复合AgCuTi活性钎料对镍基高温合金(GH4169)与Si₃N₄陶瓷进行连接,系统研究接头的微观界面结构以及钎焊温度对GH4169/Si₃N₄钎焊接头组织和力学性能的影响。结果表明：采用AgCuTi+W复合钎料可实现GH4169/Si₃N₄钎焊接头的有效连接,其接头组织成分为GH4169/TiNi₃+TiCu+TiCu₂+Ag(s, s)+Cu(s, s)+W+TiN+Ti₅Si₃/Si₃N₄;钎焊温度对接头组织和力学性能有显著影响。当钎焊温度较低时,液态钎料中的Ti元素扩散到陶瓷与钎料界面的较少,没有形成明显的反应层;当钎焊温度增加到880℃时,Ti元素富集在陶瓷侧反应生成厚度为2μm的TiN和Ti₅Si₃反应层,此时接头的剪切强度最高,达到190.9 MPa...     

ZrN-Nb复合材料的致密化及力学性能

选择Nb作为添加剂,在1500~2000℃热压烧结制备了ZrN-Nb复合材料。研究烧结温度和添加剂对ZrN-Nb复合材料的组织结构及力学性能的影响规律。Nb的添加提高了复合材料致密度,1600℃烧结的ZrN-5%(原子分数)Nb复合材料,其致密度达到98.5%。通过XRD和晶格常数的测量发现,当烧结温度改变时,材料的结构也随之改变,这可能是由于ZrN-Nb复合材料形成了(Zr,Nb)N固溶体,提高了物质扩散速率进而促进烧结致密化,同时在非化学计量的(Zr,Nb)N1-x的形成中,释放出少量的氮可减少试样中闭气孔的形成,这也有利于ZrN-Nb复合材料形成高致密度。加入Nb后材料的致密度提高,其维氏硬度、弹性模量、断裂韧性和抗弯强度都有不同程度的提升。1600℃烧结的ZrN-Nb复合材料的弹性模量、抗弯强度、断裂韧度和维氏硬度依次达到了238 GPa,463.3 MPa,7.0 MPa·m1/2和10.7 GPa。     

TiC-TiB2复合相钛基稀土激光熔覆层组织与性能

采用通快同轴送粉4002光纤激光器,在TC4表面熔覆制备了不同含量Y₂O₃的TC4+Ni45+Co-WC+Y₂O₃钛基复合耐磨涂层。采用XRD、SEM、EDS、EPMA测试研究了涂层微观组织,利用显微硬度计、摩擦磨损实验机和白光轮廓仪分析评价了涂层的显微硬度和摩擦学性能。结果表明,涂层生成相不随Y₂O₃含量变化而改变,主要包括Ti₂Ni、TiC、TiB₂以及α-Ti;未添加Y₂O₃涂层,生成相尺寸粗大,方向性明显;随着Y₂O₃的加入,涂层组织逐步细化,生成相方向性减弱;当Y₂O₃为3wt%时,涂层析出相以颗粒和短棒状相为主,合成了大量TiC-TiB₂依附生长复合相,经二维点阵错配度计算,TiB₂（0001）与TiC （111）错配度δ为0.912%,TiC与TiB₂形成了共格界面,可有效增加涂层组织分布均匀性;Y₂O₃含量为0wt%、1wt%和3wt%时,涂层显微硬度逐渐减小,磨损体积先增大后减小,摩擦系数逐渐降低;在TiC-TiB₂复合相的作用下,3wt% Y₂O₃涂层的耐磨、减摩性最优,涂层磨损机理为磨粒磨损。     

基于剪切波变换对Si3N4陶瓷轴承内圈沟道表面缺陷检测的分析

为有效检测航空动力系统中Si₃N₄陶瓷轴承内圈沟道表面凹坑、划痕、擦伤的缺陷。采用中值滤波除去Si₃N₄陶瓷轴承内圈沟道原始图像零散噪点，对其处理图像进行剪切波变换，归一化阈值曲面法对变换后的剪切波系数进行重构、剪切波逆变换获取缺陷增强图像，对缺陷增强图像进行灰度阈值分割与识别分类，定位提取缺陷。基于剪切波变换的Si₃N₄陶瓷轴承内圈沟道的表面缺陷检测方法能有效的检测出Si₃N₄陶瓷轴承内圈沟道表面的缺陷。该方法对Si₃N₄陶瓷轴承内圈沟道表面缺陷提取的准确率可达97.50%，具有高精度与高准确性，满足预期要求。     

等离子喷涂与激光重熔复合制备Mo2NiB2涂层的组织和性能研究

采用大气等离子喷涂方法在Q235低碳钢表面制备Mo₂NiB₂基金属陶瓷涂层,选取300 W和500 W功率对其进行激光重熔。结果表明,激光重熔可以显著减少涂层的缺陷,使组织结构变得更加致密,界面处的弱机械结合转变为良好的冶金结合。随着激光功率的提高,涂层的结合强度和耐腐蚀性能提高,最大结合强度为38.08 MPa,最小腐蚀电流为0.033μA/cm²,但硬度和耐磨性降低,最小硬度为1781HV_0.2,最大体积摩擦率为6.25×10^–5 mm³/(N·m)。上述等离子喷涂及2种激光重熔的Mo₂NiB₂基金属陶瓷涂层的硬度、结合强度、耐磨性和耐腐蚀性都明显高于Q235低碳钢基体。     

等温化学气相渗透法制备C/C-SiC复合材料的摩擦磨损性能

以碳纤维体积分数为30%的2.5维针刺碳毡为预制体,通过等温化学气相渗透法(Isothermal Chemical Vapor Infiltration,ICVI),制备4种C/C-SiC复合材料,基体中Si C含量由56%降至15%,其密度相近(1.87~1.91 g/cm~3)。利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对上述材料的显微结构和物相组成进行观察和分析,并在MM-1000型摩擦磨损试验机上研究复合材料的摩擦磨损性能。结果表明:随着基体Si C含量的降低,C/C-SiC复合材料的平均宏观硬度由98.2HRA降至65.1HRA,硬度分布的均匀性也明显下降;制动过程的平均摩擦系数和质量磨损率均显著增加;通过对摩擦表面形貌和磨屑微观形貌的分析,表明制动过程中的磨损机制受材料表面宏观硬度的影响显著;随着复合材料表面硬度的降低,磨损机制由磨粒磨损为主向磨粒磨损和黏结磨损联合转变,从而使摩擦系数和磨损量显著提高。     

等离子喷涂(RE–Al)TaO4钽酸盐环境障涂层性能研究

陶瓷基复合材料作为广泛应用于航空航天领域的先进结构材料,在实际服役环境中依赖于环境障涂层的保护作用,钽酸盐以其优异的高温热–力学性能和与陶瓷基复合材料适配的热膨胀系数((3.5～5.5)×10^–6 K^–1)成为极具潜力的环境障涂层材料。通过大气等离子喷涂(Atmospheric plasma spraying,APS)工艺在碳化硅纤维增强碳化硅基复合材料(SiC_f/SiC)表面成功制备了(AlTa_x)B_2–2xO₄/(RE–Al)TaO₄复合涂层,探索了涂层的最佳热处理工艺条件,同时对不同涂层结构方案的复合材料涂层试样进行1300℃热疲劳考核和弯曲强度测试,筛选出具有最优抗热疲劳性能的涂层结构,并通过XRD、SEM以及金相显微镜对涂层的表面形貌、裂纹扩展及元素分布进行了分析表征,相对于传统材料涂层,钽酸盐复合涂层以其在高温下优越的综合性能成为极具潜力的环境障涂层。     

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。     

钛基稀土激光熔覆层组织细化机制及性能

采用通快TruDisk 4002光纤激光器在TC4合金表面分别制备了0wt% Y₂O₃和3wt% Y₂O₃的TC4+Ni45+Co-WC钛基耐磨复合涂层。利用XRD、SEM、EDS、EPMA、显微硬度计和摩擦磨损试验机等分析了涂层组织、显微硬度和摩擦学性能。结果表明，两种涂层表面均无裂纹孔隙等缺陷，且生成相一致，主要包括TiC、TiB₂、Ti₂Ni、WC和α-Ti；0wt% Y₂O₃涂层组织存在明显偏析，析出相尺寸粗大且方向性明显；3wt% Y₂O₃涂层组织呈均匀弥散状态分布，细化特征明显；经Bramfitt二维点阵错配度计算，（100）_Y2O3和（100）_Ti2Ni、（111）_Y2O3和（110）_TiC、（110）_Y2O3和（1010）_TiB2间的错配度分别为5.75%、6.72%和10.10%，Y₂O₃作为异质形核核心对Ti₂Ni、TiC和TiB₂的细化能力依次为Ti₂Ni > TiC > TiB₂；0wt% Y₂O₃和3wt% Y₂O₃涂层显微硬度分别为600~630 HV_0.5和470~480 HV_0.5，较基材分别提高了约62%和26%；3wt% Y₂O₃涂层耐磨减摩性最优，其磨损体积和摩擦系数较0wt% Y₂O₃涂层分别下降了约47.8%和5.0%，磨损机制主要为磨粒磨损。     

B4C改性SiC/SiC复合材料自愈合机理研究

采用预浸料–熔渗工艺制备了B₄C改性SiC/SiC复合材料(SiC/SiC–B₄C复合材料),研究了SiC–B₄C改性基体在700℃、1000℃、1200℃、1350℃下氧化50 h的本征氧化行为及自愈合规律,有效观察到了基体的自愈合行为,同时考察了SiC/SiC–B₄C复合材料的抗氧化性能,通过材料重量变化和强度保持率衡量其在氧化环境中的损伤程度,揭示了氧化行为。研究结果表明,氧化初期B₄C开始发生氧化反应,此时的液态自愈合相主要成分为B₂O₃。随着温度的升高,氧化生成的SiO₂将与B₂O₃结合生成硅硼玻璃相,当温度进一步升高至1350℃时,由于硅硼玻璃分解加剧,导致自愈合效果减弱。此外,高温导致的硅硼玻璃黏度下降也将有利于氧化介质扩散。SiC/SiC–B₄C复合材料在1200℃氧化50 h后仍保持较好的力学性能,说明B₄C...     

铜合金表面激光熔覆镍基复合涂层性能分析

铜合金因其优良特性在航空航天领域具有广泛应用。为了提高铜合金的机械性能,通过在镍基合金粉末中添加WC和ZrO₂粉末,利用原位生成的办法成功在铜合金表面制备了Ni基复合增强合金涂层,充分利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、能谱分析（EDS）等表征技术和分析手段对熔覆层的微观组织、物相组成、硬度及耐磨性进行测试。结果显示：复合合金涂层中以WC、ZrC、M₂₃C₆、（W,Zr）C等碳化物为强化相,提高了涂层的硬度。对合金涂层的硬度、常温和高温耐磨性进行测试,复合涂层相比于基体,性能均得到有效提升,硬度从90 HV_0.2提高至620 HV_0.2,表面摩擦系数降低,耐磨性显著提升;尤其对高温耐磨性,提高约20倍。因此,经强化后的铜合金可实际应用于结晶器、火箭内衬材料等的生产与制造。     

沉积温度对TC4钛合金表面辉光离子渗Mo层组织和耐磨性能的影响

利用辉光离子渗的方法,在TC4钛合金表面沉积Mo耐磨涂层。利用XRD、SEM、EDS、显微硬度仪和摩擦磨损试验机研究了沉积温度(850℃,950℃和1050℃)对Mo涂层的组织结构、耐磨性能及磨损机制的影响。结果表明:涂层由Mo外层和互扩散区组成,互扩散区主要为Mo-Ti固溶体相;随着沉积温度的升高,Mo涂层的生长速率增加,但平均晶粒尺寸增大,因而硬度、耐磨性能降低;纯滑动干摩擦载荷为98N时,950℃/5h沉积所形成Mo涂层的磨损速率约为TC4钛合金的1/45。     

BaSO_4/PTFE复合材料在干摩擦条件下的摩擦磨损机理研究

采用高速混合、冷压烧结成型的方法通过填充改性制备BaSO4/PTFE复合材料,利用M-200型摩擦磨损试验机研究复合材料在干摩擦条件下的摩擦学行为,考察BaSO4用量对复合材料摩擦磨损性能的影响,并采用扫描电子显微镜对试样磨损表面进行观察和分析,揭示摩擦磨损机理。结果表明,BaSO4可显著提高复合材料的耐磨损性能,在用量为30%时,耐磨损性能与纯PTFE相比提高了两个数量级;PTFE以粘着磨损为主,随着BaSO4用量增加,磨粒磨损逐渐占主导,粘着磨损逐渐减少,并最终表现出疲劳磨损特征。     

热氧化对TA18钛合金耐腐蚀磨损性能的影响

选用TA18钛合金为材料,在箱式电阻炉中对其进行不同温度热氧化处理。利用光学显微镜(OM)、XRD、维氏硬度计、36%～38%(质量分数)HCl溶液浸泡、摩擦磨损试验机等试验手段考察试样组织形貌、物相、显微硬度、耐蚀耐磨损性。研究结果表明,TA18钛合金热氧化后试样表面形成了氧化层,表层物相主要为金红石型TiO₂,随着热氧化温度升高,氧化层逐渐出现少量Al₂O₃。同时,500～850℃热氧化,随着热氧化温度升高,试样表面硬度逐渐提高,但超过800℃后随温度升高表面硬度反而降低。热氧化可提高TA18钛合金耐腐蚀性和磨损,其中800℃是提高TA18钛合金在36%～38%HCl中耐腐蚀的最佳热氧化温度;700℃是改善TA18钛合金摩擦磨损性能的最佳热氧化温度。     

孔隙率对五元陶瓷体系材料热导率的影响

随着航空航天技术的发展,热端部件防护材料也需要满足更高的要求。本工作基于固相反应法和分子动力学模拟研究(Zr_xY₍(1-x/4))Ta₍(1-x/4))Ti₍(1-x/4))Er₍(1-x/4))O(x=0.2、0.544、0.672、0.796和0.92)五元陶瓷体系复合材料。采用ZrO₂(99.99%)、Y₂O₃(99.99%)、Ta₂O₅(99.99%)、Er₂O₃(99.99%)和TiO₂(99%)粉末作为原料,通过固相反应法制备(Zr_xY₍(1-x/4))Ta₍(1-x/4))Ti₍(1-x/4))Er₍(1-x/4)))O复合材料。用LAMMPS程序计算研究(Zr_x     

碳／碳化硅复合材料摩擦磨损性能分析

采用化学气相渗透法制备了碳纤维增强碳化硅(C/C SiC)陶瓷基复合材料,得到不同密度和组分含量的C/C SiC刹车盘试样。对C/C SiC复合材料进行了摩擦磨损性能测试,平均摩擦系数达到 0 23,摩擦稳定性达到0 43,线性磨损率为 9 3μm/次·面,质量磨损率为 2 6mg/次·面。当C/C SiC复合材料的密度增大 (1 6g·cm-3→2 2g·cm-3 ),碳含量增大(35%→55% ),摩擦系数和稳定性提高(约 70% ),且摩擦系数随制动次数增加的波动幅度减小;SiC含量升高则反之。C/C SiC复合材料经过多次刹停测试,摩擦系数对制动次数不敏感,表现出良好的摩擦稳定性。经过连续刹车试验,摩擦系数不随表面的起始和最终温度升高而衰退,材料尚无热衰竭趋势。对C/C SiC刹车盘试样的磨损表面形貌及缺陷进行了观察,发现表面磨损质量在航标允许范围内。     

原位生成Si2N2O与β-Si3N4晶种协同增韧Si3N4复相陶瓷研究

采用原位生成Si2N2O与添加β-Si3N4晶种的方法协同增韧,利用凝胶注模成型、无压烧结制备了Si3N4复相陶瓷材料,研究了协同增韧对材料力学性能和显微结构的影响.结果表明:通过添加5%(质量分数)的SiO2原位生成Si2N2O使材料的弯曲强度和断裂韧度有明显提高,分别达到359.8 MPa和4.67 MPa·m1/2,通过添加5%质量分数的β-Si3N4晶种,得到的Si3N4复相陶瓷材料中柱状β-Si3N4相生长完好、均匀分布,与板状Si2N2O结合良好.综合以上两种增韧机制使材料的力学性能进一步提高,弯曲强度为486.7 MPa,断裂韧度达到6.38 MPa·m1/2.