联合添加微量Sc、Zr元素对B4C/7075Al复合材料力学性能和腐蚀行为的影响

限制高强度B4C/Al复合材料工程应用的关键为腐蚀问题,添加微量合金元素是提高其耐蚀性的有效措施。采用压力浸渗法制备了B4C/7075和添加微量Sc、Zr元素的B4C/7075-0.15Sc-0.35Zr复合材料,利用扫描电镜、透射电镜、弯曲性能测试、拉伸性能测试、中性盐雾试验和电化学测试对比研究了联合添加Sc和Zr元素对B4C/7075Al复合材料的显微组织、力学性能和腐蚀行为的影响。结果表明:添加Sc和Zr元素后,复合材料的抗弯曲强度和抗拉强度升高,腐蚀速率降低,腐蚀电流密度(Jcorr)下降,耐蚀性增强,这是因为添加Sc和Zr元素后,复合材料的晶界析出相细小且不连续分布,无析出带(PFZ)消失。

B4C／Al复合材料的制备工艺和组织研究

研究了用无压浸渗法制备的B1C/Al复合材料的制备工艺和组织。通过对碳化硼陶瓷预制体成型压力和保压时间的控制，采用X射线衍射、扫描电子显微镜及能谱仪分别对B1C／Al复合材料的相组成、微观形貌和微区成分进行分析。结果表明：成型压力为100MPa，保压时间选择1．5min，预烧温度在1700℃时，可以制得组织致密、均匀的B1C／Al复合材料。金属铝在高温下浸渗时与碳化硼陶瓷骨架反应生成Al3BC，AlB2，Al2C3等陶瓷相。Al3BC和AlB2为主要反应产物。B4C／Al复合材料中碳化硼是以连续的骨架结构存在，渗入的铝相则以连续基体的形式铺满整个组织。

Al2O3/Y2O3复合助剂对常压烧结B4C陶瓷性能的影响

以B4C微粉为原料,聚乙烯醇(PVA)、酚醛树脂为黏结剂,Al_2O_3+Y_2O_3为复合烧结助剂,在2 250℃的烧结温度下,采用常压烧结工艺制备碳化硼陶瓷,研究复合助剂Al_2O_3+Y_2O_3的加入量对碳化硼陶瓷材料的显微组织、烧结性能以及力学性能的影响。结果表明,Al_2O_3+Y_2O_3的质量分数为0.75%时,常压烧结B4C陶瓷材料的性能最佳:烧结体相对烧结密度为96.4%,最大抗弯强度为360 MPa,硬度为26.47 GPa。显微组织显示气孔细小,分布均匀。

高密度B4C／Al中子屏蔽材料的蒙特卡罗模拟

采用蒙特卡罗方法,运用MCNP4C程序对能量为0.5–2MeV的中子及碳化硼含量为5%–15%、入射厚度为3–15cm的高密度B4C/Al复合材料进行中子透射性能计算。结果表明:碳化硼含量与透射系数呈一次线性下降关系,且透射系数下降幅度较小;中子能量升高,透射系数呈现起伏性,比如0.8MeV的中子比0.5MeV的中子透射系数要小;材料对能量为0.5MeV、0.8MeV、和1.2MeV的中子屏蔽效果较好;材料厚度与透射系数呈指数下降关系,且透射系数下降幅度较大,当材料厚度在13cm以上时,材料的屏蔽性能在90%以上。

B4C/Al复合材料摩擦磨损特性研究

利用无压烧结和无压浸渗工艺制备了致密均匀的B4C/Al复合材料,通过研究复合材料在保温处理前后的组织变化和磨损形貌变化,研究了复合材料的摩擦磨损特性。结果表明,保温处理可有效减少复合材料中Al和B4C的含量,并显著提高Al3BC的含量,并形成新的陶瓷相AlB2相。由于陶瓷相的增多,保温处理后的B4C/Al复合材料的硬度得到显著提高,摩擦因数更为稳定,磨损表面较光滑,磨损量极少,显示出优异的耐磨性。

钛合金表面激光熔覆Ti/Al/B4C/C涂层组织与性能分析

针对钛合金硬度低和耐磨性差的特点,采用激光熔覆技术在TC4钛合金表面制备Ti/Al/B4C/C熔覆层,利用XRD、SEM、EDS探究熔覆层微观组织,并测试熔覆层对TC4钛合金表面硬度及耐磨性能的影响。结果表明:Ti/Al/B4C/C熔覆层中由于形成Ti B、Ti B2、Ti C等硬质陶瓷相及Ti-Al系金属间化合物和Ti3Al C相,相比于基体具有高的硬度和优异的耐磨性。熔覆层硬度在1 100~1 720 HV之间,较基体提升了2~3倍,其体积磨损率约为(2.29~4.18)×10^-6mm^3/(N·mm),较基体降低了14%~53%,其中以Ti∶Al∶B4C∶C=57∶20∶18∶5(质量比)混合粉末形成的熔覆层性能最好。

B4C的研究现状及发展前景

B4C具有高硬度、耐磨损、高导热系数、中子吸收性能良好、化学性能稳定等优良特性,在军工、核工业、工程及其他领域广泛应用。其常用的制备方法有碳热还原法、自蔓延高温合成法、化学气相沉积法、前驱体裂解法、溶剂热法。B4C独特的晶体结构使其粉体致密化烧结十分困难,加入添加剂可有效促进其致密化烧结进程,从而改善陶瓷性能。本文综述B4C的制备与烧结,并展望B4C的应用前景。

保温温度对固相烧结SiC/B4C复合陶瓷力学性能及微观形貌影响

以碳化硅、碳化硼微粉为原料,酚醛树脂为粘结剂,用固相烧结法制备了高温性能优异的SiC/B4C复合陶瓷,研究了保温温度对SiC/B4C复合陶瓷力学性能及微观形貌的影响。研究结果表明:2150℃保温45 min可制备出相对密度高达96.60%且综合性能优异的SiC/B4C复合陶瓷,其维氏硬度为26.5 GPa,断裂韧性为4.04 MPa·m^1/2,抗弯强度为345 MPa;B4C晶粒周围被SiC呈板状结构包裹,少量B2O3存在于晶界处;当温度高于2150℃时,出现整体排列的片层状SiC,SiC由6H-SiC向4H-SiC转变。

液氮球磨5083合金和B4C／5083复合材料的拉伸性能

利用液氮球磨法制备了5083铝合金和B4C/5083复合材料,对该材料的微观结构和拉伸性能进行了研究。结果表明,液氮球磨5083合金和商业用5083、5083-H343材料相比,屈服强度分别提高了193%和35%;抗拉强度分别提高了72%和37%。加入增强相B4C后,B4C/5083复合材料的屈服强度和抗拉强度比5083合金提高,而伸长率降低,其原因是加载过程中载荷在基体和增强相间传递和高硬度的B4C所致。

(SiC+B4C)p/AZ91D复合材料的组织及性能

采用微波烧结制备了(SiC+B4C)p/AZ91D复合材料,研究了不同体积分数(SiC+B4C)p(0%、5%、10%、15%、20 vol%)对复合材料组织及性能的影响。结果表明:(SiC+B4C)p/AZ91D复合材料的组织主要由α-Mg、SiC、B4C、Mg17Al12和少量MgO等组成。随着(SiC+B4C)p含量的增加,(SiC+B4C)p/AZ91D复合材料的相对密度减小,显微硬度增加,而抗压强度先增后降,当(SiC+B4C)p含量为15%时达到最大值。15%(SiC+B4C)p/AZ91D复合材料的显微硬度和抗压强度分别达到196.16 HV0.025和326.3 MPa,相对于未添加(SiC+B4C)p的AZ91D材料分别提高了145%和120%。随着(SiC+B4C)p含量的增加,复合材料的耐磨性先提高后降低,磨痕由清晰的犁沟形貌逐渐模糊,磨损机制由磨粒磨损转变为剥层磨损。

半导体激光熔覆Ni包B4C涂层的组织与性能

在304不锈钢表面采用半导体激光熔覆制备Ni包B_4C涂层,研究激光加工参数对涂层的组织形貌、物相组成、硬度和耐磨性能的影响。结果表明,当激光功率为3 k W和扫描速度为6 mm/s时,熔覆层无气孔、无裂纹,与基体呈冶金结合;熔覆层的显微组织为枝晶共熔体和再生的二次枝晶,熔覆层的主要物相由γ-Ni,Ni_4B_3,Fe_3C,B_4C,B_(13)C_2,Cr_3Ni_2,(Fe,Ni)23C6和Fe_(23)(C,B)_6等组成;熔覆层具有较高的硬度(平均值为900 HV_(0.2)),耐磨性是基体的7.6倍,硬度和耐磨性的提高归因于熔覆层中未完全熔解的B_4C颗粒以及新形成的强化相和硬质相。

B4C-PE复合材料中子屏蔽性能研究

利用252Cf中子源产生快中子场和热中子场,对系列不同B4C含量B4C-PE复合材料的中子宏观截面进行了实验研究和MCNP模拟计算.结果表明:热中子宏观截面在±5%内相符,快中子宏观截面在±10%内相符;B4C-PE复合材料对热中子的屏蔽效果明显好于聚乙烯.研究结果可为中子屏蔽材料研发和工程设计提供参考.

B4C粒度对45钢基表面复合材料组织的影响

研究了Ti、B4C和Ti-Fe混合粉体系自蔓延高温合成制备金属基复合材料时,B4C粉粒度对复合材料组织的影响。结果表明,B4C粉末粒度减小,有利于促进高温钢液点燃合金粉末预制块中的各组元,使得各组元的反应充分;生成的TiC和TiB2增强颗粒的数量也随着增加,且尺寸呈现趋于细小的趋势。当B4C粉末粒度为500目时,复合材料距离复合层外表面0.5 mm处的硬度为1 693 HV。

高含量B4C/Al6061复合材料微弧氧化机制及耐腐蚀性

用微弧氧化技术对30%B4C/6061Al复合材料进行了表面改性处理,探索了该材料的微弧氧化机制、表面反应产物和形貌。结果表明：B4C/6061Al复合材料表面生成了一层灰白色的Al2O3层,B4C陶瓷粉末颗粒与基体6061Al微间隙得到闭合,其腐蚀电流密度降低约三个数量级,耐蚀性能高于未做表面微弧氧化的复合材料。

烧结温度对B4C基复合陶瓷的组织及物理力学性能的影响

利用热压烧结工艺在不同的烧结温度(1800℃、1900℃)下制备出B4C和B4C-SiC复合陶瓷材料,并对其物理力学性能进行研究。利用阿基米德排水法、三点弯曲法、单边切口梁(SENB)、XRD及SEM等技术手段测试分析了B4C和B4C-SiC复合陶瓷材料的密度、气孔率、弯曲强度、断裂韧性,物相组成及微观形貌,并研究了添加相SiC对B4C基复合陶瓷的物理力学性能的影响。研究结果表明,随着烧结温度的升高,B4C和B4C-SiC复合陶瓷材料的晶粒变得细小,组织更加致密,且B4C和B4C-SiC复合陶瓷主要由B4C和SiC相组成,未有新相形成。同时,随着烧结温度的升高,B4C陶瓷的硬度由8.2 GPa升至20 GPa,弯曲强度由256.5 MPa提升至264.3MPa,断裂韧性由2.58 MPa·m1/2提升至4.01 MPa·m1/2;B4C-SiC复合材料的维氏硬度由12.0 GPa升至17.0 GPa,弯曲强度由236.8 MPa提升至312.7 MPa,断裂韧性由3.28 MPa·m1/2提升至4.79 MPa·m1/2。SiC作为添加相掺入B4C基体中,可有效改善B4C陶瓷材料的综合力学性能,对其断裂韧性的改善尤为显著,主要归因于SiC颗粒可以增强B4C基体之间的界面强度,裂纹扩展至相界面处发生裂纹偏转。

掺CeO2的B4C／Al复合材料性能的研究

以稀土氧化物CeO2作为添加剂，原位生成CeB6颗粒作为第二相，增强B4C陶瓷预制体，然后以无压浸渗法制得B4C-CeB6／Al复合材料。本文首先研究了B4C-CeB6预制体的相组成和组织形貌，然后对BC-CeB6／Al复合材料的力争性能、相组成、组织形貌以及断裂机制进行了分析。结果表明：B4C-CeB6／Al复合材料的抗弯强度达到了410．16MPa，断裂韧性也有了显著改善，达到了6．95MPa·m^1/2，比常规热压烧结单一碳化硼陶瓷性能有明显提高，这主要是由于原位生成CeB6颗粒增强了B4C陶瓷的强度：同时黏结金属相起到增韧的作用．

保温处理对B4C／Al复合材料组织和性能的影响

为了降低无压浸渗制备的B4C/Al复合材料中铝的含量,增加复合材料中陶瓷相的含量,并提高复合材料的性能,研究了保温处理对B4C/Al复合材料的组织和性能的影响。结果表明,无压浸渗制备的B4C/Al复合材料中主要包含Al、B4C和Al3BC相,保温处理可有效减少B4C/Al复合材料中Al和B4C的含量,并显著提高Al3BC和AlB2相的含量。由于保温处理后B4C/Al复合材料中Al含量明显减少,以及陶瓷相含量明显增多,B4C/Al复合材料的硬度、抗压和抗弯强度均得到了较大的提高。且在850℃下保温24h后,B4C/Al复合材料的组织和性能可达到最佳状态。

反应浸渗法制备电动机用B4C颗粒增强Mg复合材料的组织及阻尼性能

以B4C颗粒与Mg锭为原材料,采用反应浸渗法制备B4C质量分数为30%的电动机用B4C/Mg复合材料,分析和测试不同制备温度下材料的组织结构与阻尼性能。结果表明:不规则形状的B4C颗粒均匀分布于B4C/Mg复合材料的基体中,未形成宏观孔洞。在B4C颗粒边缘形成一层由碳化物与硼化物构成的白色物质。与基体材料Mg相比,B4C/Mg复合材料的阻尼性能明显提高。随应变幅度增加,B4C/Mg复合材料的阻尼性能先缓慢增加后迅速增加,制备温度越低,材料的阻尼性能越好。Cranato-Lucke曲线在有限应变振幅内呈直线变化。

Si在熔渗制备B4C-Si复合材料界面作用机制的第一性原理研究

采用第一性原理的方法对熔渗制备B4C-Si复合材料的界面进行了研究,通过建立Si原子在B4C晶体(0001)表面的不同占位情况,获得了Si在熔渗制备B4C-Si复合材料界面的作用机制。结果表明,在熔渗温度下,孤立的Si原子更容易落在B4C晶体中二十面体形成的正六边形中心的上方,而不容易置换“C-B-C”三原子链里的C原子以形成Si C。Si原子在B4C晶体(0001)表面所处的位置是Si原子与表面C原子和周围B原子的综合作用,Si原子与C原子形成了离子键。上述结果为随后降温过程中Si原子集团与B4C晶体的结合提供了更好的晶格匹配,使得Si更容易在界面处结合。

55%B4C/7075Al复合材料抗弹性能与损伤行为研究

通过压力浸渗方法制备体积分数55%B4C/7075Al复合材料,并测试其对7.62 mm穿甲燃烧弹的抗弹性能。结果表明:复合材料具有优异的抗弹性能,相比于603装甲钢,防护系数可达4.13,厚度系数可达1.37。利用SEM观察55%B4C/7075Al复合材料不同侵彻位置的微观损伤,并利用LS-DYNA对子弹侵彻靶板过程进行有限元分析模拟,重点研究靶板不同位置的应力分布,阐明了B4C/Al复合材料在弹体侵彻过程中不同位置的宏微观损伤机制。