原位合成TiB_(2)颗粒增强铝基复合材料研究进展

原位合成技术制备的铝基复合材料,权衡了强度和塑性间的矛盾,有望实现铝基复合材料的结构功能一体化。原位合成TiB_(2)颗粒增强铝基复合材料比刚度,比模量高,具有优异的力学性能、耐腐蚀性能、耐磨性能和抗疲劳性能,是近年来金属基复合材料的研究热点之一,在汽车制造、高铁动车、航空航天和国防军事等领域具有广阔的应用前景。归纳了三种原位合成TiB_(2)颗粒增强铝基复合材料反应体系(Al-K_(2)TiF_(6)-KBF_(4)体系、Al-TiO_(2)-B_(2)O_(3)体系和Al-Ti-B体系)的特点和优势,概述了原位合成TiB_(2)颗粒对铝基体晶粒尺寸、界面结合和润湿性产生影响的研究现状,对TiB_(2)颗粒强化铝复合材料力学性能的作用机制展开了讨论,梳理总结现阶段在此领域研究过程中仍未解决的问题,展望TiB_(2)颗粒增强铝基复合材料的潜在发展空间,以期为研究和开发原位合成颗粒增强铝基复合材料提供参考。

氧化石墨烯辅助仿生矿化原位合成羟基磷灰石

羟基磷灰石(HAp)是一种与人体骨骼成分类似的无机材料,具有良好的生物相容性。本文以氧化石墨烯(GO)为模板,通过模拟体液(SBF)仿生矿化原位合成了HAp纳米粒子。通过SEM、XRD、EDS和拉曼光谱等测试分析研究了矿化时间、SBF/GO体积比对矿化产物物相组成、形貌和结构的影响。结果表明,矿化处理后的GO表面形成了大量均匀分布的类骨HAp。随着矿化时间延长和SBF体积占比增大,矿化产物的尺寸及数量增大,GO层间距逐渐扩大。本研究验证了GO辅助合成HAp的可行性,拓展了仿生矿化法的应用领域。

原位合成TiC颗粒增强铝基复合材料研究进展

原位合成TiC颗粒增强铝基复合材料具有密度小、比模量高、低热膨胀系数、热稳定性和导热性能良好,以及耐磨性能和耐有机液体和溶剂侵蚀优良等一系列优点,成为了近年来金属基复合材料的研究热点。本文从反应体系、显微组织、力学性能和强化机制四个方面,综述了近年来原位合成TiC/Al复合材料的研究进展,指出了其存在的问题并展望了其发展趋势,以期为研究和开发原位合成颗粒增强铝基复合材料提供参考。

氨三乙酸配位辅助原位合成Ni@B-HZSM-5对苯和甲醇烷基化反应的影响

利用氨三乙酸离子(NTA3-)与Ni2+的配位作用在强碱溶液中原位合成了负载B-Ni的HZSM-5分子筛(Ni@B-HZSM-5)。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线荧光光谱(XRF)、低温N_(2)吸附-脱附、吡啶红外光谱(Py-IR)、NH3程序升温脱附(NH3-TPD)和H_(2)程序升温还原(H_(2)-TPR)等手段对Ni@B-HZSM-5催化剂进行了表征,采用固定床反应器评价其苯和甲醇烷基化反应性能,并与浸渍法负载的Ni/HZSM-5分子筛催化剂进行了对比。结果表明:原位合成的Ni@B-HZSM-5催化剂中B和Ni分布均匀,具有丰富的弱酸和适宜的加氢能力,甲醇加氢形成甲烷的副反应在一定程度上被抑制;在温度460℃、H_(2)压力0.4 MPa、n(苯)∶n(甲醇)=1.2∶1和质量空速2 h^(-1)条件下,4%Ni@B2-HZSM-5催化苯和甲醇烷基化反应,苯转化率可达46.4%,甲苯和二甲苯总选择性达到95.9%,其中C8芳烃选择性为35.1%,C8芳烃中乙苯摩尔分数为6.1%;并表现出优异的稳定性,比浸渍法Ni/HZSM-5分子筛催化剂性能更佳。

原位合成颗粒增强铜基复合材料的研究进展

弥散强化型铜基复合材料,兼具优异的导电导热性能、高强度、良好的热稳定性和耐磨性,是核反应堆、航空器及高端装备中各种导电导热元件的关键材料,在核电、航空、交通、军事等诸多重要领域有不可替代的作用。原位合成法是在一定温度下金属基体内发生化学反应,原位生成一种或几种陶瓷增强体的技术。原位反应制备颗粒增强铜基复合材料存在两个重要的问题亟待解决:一是增强相的团聚问题,二是增强相的尺寸调控问题。本文总结了几种较为常用的制备弥散强化型铜基复合材料的原位合成方法,并对比分析了几种方法的特点、优劣及技术难点。同时,本文综述了原位合成法对铜基复合材料中颗粒尺寸和分布的影响,分析了原位合成法不同参数对复合材料力学及综合性能的影响规律,并从增强相颗粒形核与生长的原理出发,提出了促成细小弥散颗粒增强相的工艺方案。

一种原位合成高导热S-BN方法的探究

随着科技的飞速发展,为减少因电力电子设备内部热量积蓄造成设备安全隐患,高导热热界面材料受到研究人员的广泛关注。球形氮化硼(S-BN)不仅保持了氮化硼原有的优良性能,而且还具有颗粒度良好,比表面积高等优点,实现了高填充、高导热的优良性能。本文主要探究了一种通过选取合理的硼源、氮源原位合成高导热球形氮化硼材料的方法。

原位合成碳化物增强高熵合金微观结构和耐磨损行为研究

选用AlMoZrSi高熵合金粉末和Cr3C2合金粉末作为熔覆原材料。利用等离子熔覆技术在TC11钛合金表面制备原位合成MC型碳化物增强熔覆层,并对其微观组织和物相特征进行表征。此外,还和基体对比研究了显微硬度和耐磨损性能。结果显示:AlMoZrSi(Cr3C2)x (x = 7.5%, 10%)高熵合金熔覆层均由BCC基体相和原位合成的MC型碳化物增强相构成。根据显微硬度和磨损率测试显示:AlMoZrSi(Cr3C2)x (x = 7.5%, 10%)高熵合金的平均显微硬度分别是846.33 HV,1009.27 HV,分别是基体显微硬度390.3 HV的2.17和2.56倍,磨损率分别为2.176 × 10−7 mm3/N/m和1.979 × 10−7 mm3/N/m,相较于基体分别提高了19.2%和26.5%。AlMoZrSi(Cr3C2)0.1高熵合金熔覆层具有优异的综合力学性能。

原位合成NiCo-MOF/MXene材料的电容性能研究

在不使用任何黏合剂的情况下,将镍钴双金属有机框架材料(NiCo-metal organic framework,NiCo-MOF)和MXene材料附着在泡沫镍(nickel foam,NF)表面,合成了高性能电极材料,这两种材料结合生长出的层状结构有利于离子的快速传导,减少了活性材料的无效堆砌,同时表现出理想的电化学性能。当投入原料的镍钴物质的量之比为1∶2时,制得的电极材料在5 mA/cm^(2)的电流密度下表现出4.96 C/cm^(2)的优良比电容。得到的电极与活性炭(activated carbon,AC)负极组装成不对称超级电容器后,在10.09 W/cm^(2)的功率密度下,得到的超级电容器的能量密度可达到1530 mWh/cm^(2),并且当功率密度升高到102.29 W/cm^(2)时,能量密度仍可以保持在770 mWh/cm^(2)。在15 mA/cm^(2)的电流密度下,经过5000次充放电循环后,不对称超级电容器的电容保持率为98.52%。

原位合成的钛合金@CNTs粉体SPS制备TiC/Ti复合材料的微结构与性能

以Fe/Ni为催化剂,利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法在球形钛合金微米粉体表面原位合成了碳纳米管(CNTs)包覆的钛合金(钛合金@CNTs)复合粉末。以钛合金@CNTs粉体为原料,利用放电等离子体烧结(SPS)工艺制备了原位TiC与CNTs增强Ti基复合材料,采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、拉曼光谱仪、X射线衍射仪、电子探针、纳米压痕等对复合粉体及烧结复合材料的微观结构、物相成分及力学性能进行了表征分析。在此基础上探讨了催化剂前驱体含量、生长时间等对低温原位CNTs生长机理的影响,以及复合粉体烧结反应对复合材料组织结构的形成以及CNTs与Ti基体反应原位形成TiC的机理。结果表明,原位形成的TiC主要受CNTs的结晶度与SPS温度所影响。

原位合成纳米SiO_(2)/聚氨酯光固化疏水涂层及其性能

为提高水性聚氨酯的疏水性和力学性能以扩大其应用范围,使用硅烷偶联剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)、正硅酸四乙酯(TEOS)与疏水改性剂十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS),制备了表面带有双键和长链烷烃的疏水改性纳米SiO_(2)分散液,然后加入支链上含硅氧烷的水性聚氨酯(WPU)乳液原位合成了纳米SiO_(2)/聚氨酯光固化疏水涂层。考察了改性纳米SiO_(2)含量对涂层性能的影响。结果表明:当改性纳米SiO_(2)含量占复合涂料质量的25%时,制备的涂层水接触角可达117.4°,24 h吸水率仅为1.1%,热分解温度提升了50℃,同时具有良好的力学性能。

原位合成杂原子ZSM-11分子筛及其性能评价

采用原位合成法制备了一系列含Fe质量分数不同的杂原子分子筛,利用X射线衍射仪、傅里叶红外光谱仪、X射线荧光光谱仪、扫描电子显微镜等对分子筛进行表征,考察了杂原子对分子筛结构的影响,并以杂原子分子筛为丙烯助剂活性组分制备催化剂,对催化剂性能进行评价。结果表明:杂原子的引入以及离子交换不会影响分子筛晶相;杂原子分子筛中Fe^(3+)并未全部进入分子筛骨架中,一部分以四配位的形式进入分子筛骨架中,另一部分以六配位的形式存在于分子筛骨架之外;杂原子分子筛作为丙烯助剂活性组分时,所制备催化剂的原料油转化率和丙烯收率分别为80.21%,8.74%。

原位合成锆酸钙对镁锆材料性能的影响

为了研究原位合成锆酸钙对镁锆材料性能的影响,将碳酸钙和脱硅锆(合计加入量分别为10%、20%和30%)与电熔镁砂混合、成型、烘干后,分别于1 600、1 700℃保温3 h煅烧。检测烧后试样的体积密度、显气孔率、烧后线变化率、常温耐压强度、抗热震性、抗渣性,并分析试样的物相组成。结果表明:在同一煅烧温度时,随着锆钙合量增加,烧后试样的体积密度和常温耐压强度逐渐减小,显气孔率和线收缩率逐渐增大;在同一锆钙合量时,随着锻烧温度的升高,烧后试样的体积密度、线收缩率和常温耐压强度逐渐增大,显气孔率逐渐降低;当煅烧温度为1 600℃、锆钙合量为10%时,试样的抗热震性最好;当煅烧温度为1 700℃、锆钙合量为10%时,试样的抗渣性最优。

原位合成Al_(2)O_(3)/TiB_(2)颗粒混杂增强铝基复合材料的性能研究

针对传统铝合金无法满足工业和民用中对高强高导铝合金需求的问题,开发一种提升铝合金表面硬度且保证其导电导热性能的新型铝基复合材料。通过机械合金化法制备了Al-TiO_(2)-B混合粉末,采用放热弥散结合接触反应技术成功原位合成Al_(2)O_(3)/TiB_(2)颗粒混杂增强铝基复合材料,探究了原始粉末Al-TiO_(2)-B体系反应生成Al_(2)O_(3)/TiB_(2)颗粒混杂增强铝基复合材料的反应机理及反应温度对原位反应的影响,分析了铝基复合材料的微观组织形貌以及表面显微硬度和导电导热性能。XRD分析结果表明,反应温度达到1100℃保温200 min后,原始粉末Al-TiO_(2)-B体系中的TiO_(2)和B粉末完全反应,并且在反应过程中B粉抑制了中间产物Al3Ti和AlB2的生成,最终原位生成为Al_(2)O_(3)和TiB_(2)颗粒混杂增强的铝基复合材料。显微组织观察表明,在铝基体中原位生成了TiB_(2)颗粒(直径小于1μm)和Al_(2)O_(3)颗粒(粒径约为2μm),且铝基复合材料表面组织均匀致密。原位合成Al_(2)O_(3)/TiB_(2)混杂颗粒增强铝基复合材料的电导率为46.1%IACS,热导率约为198.5 W·m-1·K-1,显微硬度较传统A356铝合金的68 HV提升至76 HV,新型原位合成铝基复合材料在保证导电导热性能的前提下提升了铝基复合材料的显微硬度。

油酸修饰CuS纳米颗粒的原位合成及其摩擦学性能

利用原位合成法室温下直接在基础油中成功制备了油酸修饰CuS纳米颗粒,将其长时间静置,不会发生纳米颗粒的团聚.TEM研究表明,该方法制备的纳米颗粒粒径大约为30nm.红外光谱结果表明,由于油酸的羧基与无机CuS纳米颗粒表面发生了化学吸附,使无机纳米颗粒的表面有一层有机修饰层,从而增强了其油溶性.摩擦磨损试验结果表明,该添加剂在基础油中能起到抗磨减摩的效果.随着添加剂浓度的增大,摩擦系数和磨斑直径都呈现下降趋势,当添加剂浓度为0.1%(w)时,摩擦系数和磨斑直径都达到最小值,但是进一步增加添加剂浓度,摩擦系数与磨斑直径又都开始增大.SEM研究结果表明,油酸修饰CuS纳米颗粒能起到抗磨减摩作用的原因是因为其有利于在摩擦副表面形成牢固的润滑膜.

原位合成A356/TiB_2复合材料的微观组织及力学行为

采用混合盐反应工艺制备了A356/TiB2铝基复合材料,通过OM,XRD,SEM,TEM和力学拉伸试验等材料分析方法测试了所合成复合材料的微观组织和力学性能。研究表明:K2TiF6和KBF4混合盐在A356铝合金熔体温度850℃时反应生成的增强体为棒状和粒状TiB2,并在基体中呈均匀弥散分布,增强体与基体间未发生界面反应。由于原位TiB2颗粒的强化和细化晶粒作用,使复合材料的力学性能明显提高,经热处理后共晶Si发生球化。复合材料拉伸断口呈韧性断裂特征,增强颗粒与基体间界面的破坏以脱开机制为主。

原位合成TiC和TiB增强钛基复合材料的微观结构与力学性能

利用钛与B4C之间的自蔓延高温合成反应经普通的熔铸工艺原位合成制备了TiC和TiB增强的钛基复合材料。光学金相、EPMA、TEM和X射线衍射的研究结果表明 :存在两种不同形状的增强体 ,即短纤维状TiB晶须和等轴、近似等轴状TiC粒子。TiB与Ti基体界面洁净 ,没有明显的界面反应 ,而TiC与Ti基体界面有非化学配比的TiC过渡层存在。由于增强体承受载荷 ,基体合金晶粒细化以及高密度位错的存在 。

原位合成TiB和TiC增强钛基复合材料热力学

根据热力学理论编程计算了钛与Ｂ４Ｃ反应的反应生成焓ΔＨ与Ｇｉｂｂｓ自由能ΔＧ以及反应式（ｘ＋５）Ｔｉ＋Ｂ４Ｃ＝ｘＴｉ＋４ＴｉＢ＋ＴｉＣ的绝热温度。计算结果表明：钛与Ｂ４Ｃ反应释放出大量热，反应能自发维持，而过量钛与Ｂ４Ｃ反应更易生成ＴｉＢ和ＴｉＣ增强体。由于钛作为稀释剂吸收热量，随着过剩钛含量的增加，反应的绝热温度逐渐下降，过剩钛完全熔解的初始温度逐渐升高。

原位合成钛基复合材料增强体TiC的微结构特征

利用钛与石墨之间的自蔓燃高温合成反应经普通的钛合金铸造工艺制备了TiC增强的钛基复合材料。借助X射线衍射仪、光学金相显微镜和透射电镜分析了钛基复合材料的物相组成和增强体的微观结构。结果表明 :复合材料由TiC增强体和基体钛合金组成。TiC显示两种不同的形态 :树枝晶状和等轴或近似等轴状。原位合成的增强体TiC以溶解析出的方式生长。从二元相图分析 ,凝固过程经历三个阶段 :初晶TiC ,二元共晶 β Ti+TiC和固态相变。由于成分过冷的形成 ,初晶TiC以树枝晶的形态生长。二元共晶TiC以等轴或近似等轴状生长。少量的TiC在形核与长大的过程中形成孪晶结构 ,孪晶面是 (111)

氩弧熔覆原位合成Ni基耐磨层在犁铧上的应用

利用氩弧熔覆技术,在廉价的碳钢表面原位合成了T iC/N i基复合材料涂层。结果表明,熔覆层成形良好,与基体呈冶金结合,无裂纹、气孔等缺陷;熔覆层的组织为-γN i奥氏体枝晶、C rB、T iB2、M23C6及原位合成的弥散分布于熔覆层中的球状T iC陶瓷颗粒。熔覆层显微硬度高达HV0.21000,且呈梯度分布。磨损试验表明,熔覆层具有较好的耐磨性。模拟田间试验表明,熔覆层可用于农机耐磨件的制造与再制造并具有较好的经济效益。

钎焊过程原位合成高强度银钎料

AgCuZnSn合金具备高强度、成分无害化的优势,在绿色制造中应用前景广阔,但Sn元素的加入导致的成形性能下降,限制了其使用.为克服该不足,设计了一种使用AgCuZn/ZnCuAgSn/AgCuZn复合焊片在钎焊过程中原位合成AgCuZnSn高强钎料的方法,采用的复合钎焊片外层为AgCuZn低熔合金,内层为ZnCuAgSn合金,二者熔点接近且内层合金低于合成后钎料熔点,复合钎料的加工性优于同成分的AgCuZnSn钎料.使用复合钎焊片进行了感应钎焊不锈钢试验.结果表明,钎焊过程中两种合金几乎同时熔化,经瞬间保温后可充分熔合,获得高强度钎缝,采用该工艺获得的接头强度高于常规钎焊连接强度.