挤压变形和热处理工艺对FGH95合金γ′相析出的影响

γ′(Ni3(AlTi))相强化的镍基粉末高温合金(FGH95)采用热挤压工艺可以明显改善合金晶粒大小、γ′相尺寸、分布以及碎化夹杂物,是一种优良的热加工变形的成型工艺。本工作研究FGH95合金经热等静压+热挤压+热处理工艺处理后强化相γ′的析出行为,以及对合金力学性能的影响。实验结果表明:热等静压温度升高,中等尺寸γ′相平均尺寸增大。热挤压后,热等静压态中的γ′相尺寸发生长大,改变大、中、小γ′相的数量比例。固溶热处理后冷却速度明显影响γ′相尺寸变化,盐浴冷却增加中等尺寸γ′相数量,明显改善合金高温塑性。

高体积分数SiC_P/Al复合材料电子封装盒体的制备

采用注射成型方法制备了SiCP封装盒体的预成型坯,用压力浸渗方法将熔融铝浸渗到SiCP封装盒体的预成型坯中,制备出含SiCP体积分数为65%的SiCP/Al复合材料的封装盒体。SEM观察表明,经过压力浸渗后SiCP/Al复合材料组织均匀且致密化高,室温热膨胀系数为8.0×10-6/K,热导率接近130 W/(m.K),密度为2.98 g/cm3,能够很好地满足电子封装的要求。

低碳钢中以氧化物为核心针状铁素体的形成

通过高温热扩散结合法系统地研究了在含CaO,CeO2的低碳钢中晶内针状铁素体形核现象. 实验结果表明：钢中针状铁素体的形核是由稳定的氧化物CaO,CeO2质点非均匀形核引起的. 在CaO,CeO2氧化物周围存在明显应变区,它是晶内针状铁素体非均匀形核起支配作用的驱动力,可以在一个夹杂氧化物上多处形核,同时形成大量新的奥氏体/铁素体高能内界面,提供发生激发形核的表面效应. 氧化物尺寸在0.1～0.6μm范围内对形成晶内针状铁素体效果最好.

W-Ni-Fe高比重合金的SPS烧结行为

采用放电等离子烧结(SPS)设备制备了93W-5·6Ni-1·4Fe高比重合金,烧结温度范围为1100～1180℃,保温时间为5min.对不同烧结温度下的样品进行了密度、硬度、抗弯强度等性能测试,采用场发射SEM观察了样品表面形貌及断裂行为.结果表明:采用SPS烧结,可以在较低的温度下实现93W-5·6Ni-1·4Fe高比重合金的固相烧结,使合金致密化,并能有效控制钨晶粒长大,提高材料的硬度、抗弯强度等力学性能.

热处理工艺对热挤压变形粉末高温合金FGH95组织与性能的影响

对比研究了FGH95合金在不同热加工工艺和热处理制度下合金的组织及γ′的分布,用光学显微镜、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察了不同热处理制度处理后合金的组织及时效后γ′的中心暗场相,测试了室温(20℃)和高温(650℃)材料的拉伸性能,并对高温瞬时断裂区断口进行了对比分析.结果表明:相同热处理工艺,HIP温度越高,时效析出的γ′相尺寸越大;不同热处理制度均能够改变γ′的分布;盐浴冷却明显增大中等尺寸γ′相数量,显著提高合金高温塑性.

稀土和Ca、Mg元素对高强度钢焊接热影响区组织和韧性的影响

研究了低合金高强度非调质中厚板钢中添加稀土(REM)和Ca、Mg微量元素对大线高能焊接热影响区(HAZ)显微组织微细化和晶内针状铁素体(IAF)形成的影响。结果表明,添加REM和Ca、Mg元素可在钢的HAZ中形成弥散稳定的氧硫化物(CeCa)2O2S和(CeMg)2O2,热轧奥氏体化(1 450℃)和焊接热输入10 kJ/mm时都十分稳定,比传统采用TiN强化的钢具有更优良的低温韧性。有效地控制细小弥散的氧硫化合物,能获得适中的奥氏体有效晶粒尺寸和提供HAZ中形成晶内针状铁素体及稳定活性的形核位置。促进晶内铁素体协同形核生长,有效地使得HAZ组织微细化。

碳纤维增强镁基复合材料的制备及微观结构分析

采用溶胶-凝胶方法,经过水解、浸渍及干燥烧结,在纤维表面涂覆上一层均匀光亮、无裂纹且厚度适中的二氧化硅涂层。在惰性气体保护下实现三维编织碳纤维增强镁基复合材料的压力浸渗制备。通过SEM和XRD等分析碳纤维表面二氧化硅涂层的形貌、成分及其结构以及复合材料中碳纤维与镁基体界面的微观结构。结果表明,二氧化硅涂层厚度适当的碳纤维与镁合金基体之间通过轻微的界面反应,改善了二者间的润湿性,有效促进了镁合金熔液在三维编织碳纤维中的浸渗过程。

热处理制度对粉末高温合金性能的影响

对比研究了FGH95合金在不同热加工工艺和热处理制度下γ′相的分布,观察了不同热处理制度处理后合金的组织及时效后小γ′相的中心暗场像相,测试了室温(20℃)和高温(650℃)下材料的拉伸性能,并对高温(650℃)瞬时断裂区断口进行了对比分析。结果表明:相同热处理工艺,热等静压温度较高时,时效析出的γ′相尺寸大;不同热处理制度能改变γ′相的分布,盐浴冷却明显增大中等尺寸γ′相数量和合金的高温塑性。

钼铜的低温导热研究

研究了熔渗法制备的Mo-Cu复合材料从350～20 K的导热率变化。结果表明,该材料在350 K的导热率为200 W/(m.K)。随着温度降低,导热率降低,降温至200 K后导热率升高,20 K时导热率达305 W/(m.K)。将样品用浓硝酸腐蚀去除铜组分后观察微观组织发现,Mo在熔渗制备过程中已烧结成骨架结构,这种结构的形成是低温材料导热率升高的原因。

用高能球磨渗氮工艺制备SmFeN永磁粉末的探讨

为了开发新工艺与提高材料性能 ,用高能球磨工艺对 Sm- Fe混合粉末在含氮气氛中进行活化处理 ,以增大粉末活性 ,促进氮的渗入。对经不同球磨时间处理的粉末的粒度与物相、元素的面分布及线分布、含氮量、磁性能、微观组织等进行了分析。结果表明 :Sm粉和 Fe粉的混合粉末在氨水气氛中高能球磨能够促进氮的渗入 ;随着球磨时间的延长 ,粉末含氮量增加 ,Sm能够固溶于 Fe中 ,形成了过饱和固溶体 ,粉末晶粒细化 ,且 Sm、Fe两种元素分布均匀 。

流动Ar和N_2对镀铬金刚石热处理后镀层组织的影响

研究了流动Ar和N2对镀铬金刚石热处理后镀层组织的影响,热处理温度分别为450℃、650℃和850℃,采用XRD、SEM和EDS方法对镀层组织进行了研究。研究结果表明,流动Ar时镀层易发生氧化,在较低的温度(如650℃)氧化已经十分显著,不同的是,流动N2氧化温度升高到850℃。在两种气氛下均发现,当热处理温度由650℃升至850℃时,镀层中碳化铬由低C/Cr相Cr7C3向高C/Cr相Cr3C2发生转化,且在氮气条件下转化率更高。上述现象归因于N2与镀层中的Cr反应生成了CrN,阻碍并延迟了镀层的氧化,有利于高温下金刚石表面的C原子与镀层中的Cr原子相互扩散。

SiC_p/Al复合材料的无压浸渗制备及其导热率的研究

采用粉末注射成型/无压浸渗法制备了高体分SiCp/Al复合材料,重点研究了无压浸渗的机制及主要工艺参数对复合材料导热率的影响。结果表明:无压浸渗得以发生主要是由于基体中Mg的挥发,与氮气反应生成氮化镁附着在SiC颗粒上并与表面SiO2膜反应促进润湿,由此得以自发浸渗;随着保温时间的增加,材料的致密度增加,复合材料的导热率在不断升高;随着保温温度的提高,材料的致密度增加,材料的导热率先升高后降低,这主要是由所制材料的界面热阻所引起的。

添加微量Ti元素对Diamond/Cu复合材料组织及性能的影响

分别采用在Cu基体添加0.1 wt%的Ti元素形成Cu-Ti合金和在Diamond颗粒表面镀钛(DiamondTi)的方法,制备了含Diamond体积分数为60%的Diamond/Cu-Ti复合材料和DiamondTi/Cu复合材料。对比分析了Ti元素对复合材料微观组织、界面结合及性能的影响规律。结果表明:添加0.1 wt%Ti元素能改善Diamond与Cu的界面结合,在界面处观察到明显的碳化物反应层;且以Cu-Ti合金的方式添加Ti元素改善界面的效果优于在Diamond颗粒表面镀Ti的方式。所制备的Diamond/Cu-Ti复合材料的热导率为621 W(m.K)-1,而DiamondTi/Cu复合材料的热导率仅为403.5 W(m.K)-1,但均高于未添加Ti制备的Diamond/Cu复合材料。

放电等离子烧结制备高导热SiC_P/Al电子封装材料

为了满足电子封装材料越来越高的性能要求,采用放电等离子烧结(SPS)工艺制备了SiCP/Al复合材料。研究了烧结温度和保温时间等工艺条件对SiCP/Al复合材料组织形貌和性能的影响。结果表明:采用SPS烧结,温度为700℃、保温时间为5 min时,所制备的70 vol%SiCP/Al复合材料热导率达到195.5 W(m.K)-1,与传统15%W-Cu合金相当,是Kovar合金的10倍,但密度小,仅为3.0 g.cm-3;其热膨胀系数为6.8×10-6K-1,与基板材料热膨胀系数接近;抗弯强度为410 MPa,抗拉强度为190 MPa,达到了电子封装材料对热学性能和力学性能的要求。

Cr元素对Diamond/Cu复合材料界面结构及热导性能的影响

采用预制件制备,压力浸渗金属工艺制备Diamond/Cu复合材料,分析了Cu基体合金化及金刚石颗粒表面金属化情况下,Cr元素对复合材料界面结构和热性能的影响。结果表明,Diamond/Cu-Cr复合材料中金刚石与Cu-Cr合金界面结合良好,Cr元素在界面处发生富集并与金刚石反应生成Cr3C2,其界面结构为金刚石-Cr3C2-富Cr的Cu-Cr合金层-Cu-Cr基体,复合材料的热导率达到520W.m-.1K-1;Diamond-Cr/Cu复合材料中金刚石表面金属化Cr层在熔渗过程中与Cu互扩散,促进界面结合,形成金刚石-Cr3C2层-纯Cr层-Cu-Cr互扩散层-Cu的界面结构。与Diamond/Cu-Cr复合材料相比界面处增加了Cr层,材料的热导率仅为279W.m-1.K-1,但均高于Diamond/Cu复合材料的热导率。

金刚石/铜复合材料界面结合状态的改善方法

电子封装用金刚石/铜复合材料中金刚石颗粒与基体纯铜的界面不润湿,界面结合状态差。通过引入碳化物形成元素Cr,Ti,B等来改善两者界面结合状态,结果表明在铜基体中加入碳化物形成元素制备的复合材料比涂覆碳化物形成元素后金刚石颗粒制备的复合材料界面结合紧密,热导率高。而另一种改善界面结合状态的方法是在此基础上增大金刚石与基体之间接触面积。对比品级差异较大的破碎料金刚石与六八面体金刚石制备的复合材料的热导率性能发现,破碎料金刚石表面积的增大有利于更充分的发挥金刚石的导热性能,且原材料成本大大降低,此类材料也将有一定的应用空间;而针对细颗粒金刚石通过表面腐蚀方法来增大表面积,预计制备的复合材料热导率也会有不同程度地提高。

金刚石/铜复合材料的界面反应研究

金刚石/铜复合材料(Diamond/Cu)的界面层相比基体与增强体有显著的化学成分变化,具有促进彼此结合、传递载荷的作用。Diamond/Cu复合材料作为热管理材料,热导率是一个关键性能参数。在众多影响因素中,界面对热导率的影响尤为重要。主要研究Diamond/Cu复合材料的界面组成,及成分梯度分布情况。通过扫描电子显微镜(SEM)观察复合材料断口形貌和界面区碳化铬的形态及分布,在近铜端,发现碳化铬以类鳞片状随机零散分布于铜与界面层的互扩散区,界面层处则集中堆垛为层状;采用能谱分析测试仪(EDS)对金刚石/铜复合材料界面区进行元素分布分析,发现各元素具有明显的过渡区域,根据实验结果可估算出过渡区域大约厚700 nm,碳化铬层大约厚400 nm;利用X射线衍射仪(XRD)对金刚石/铜复合材料的界面层进行物相分析,研究表明Diamond/Cu Cr复合材料中界面反应生成的碳化铬以3种形式存在,分别为Cr3C2,Cr7C3,Cr23C6。通过这些实验手段获取界面信息,如界面类型、界面结构、界面组成等,为进一步深入研究Diamond/Cu复合材料界面与性能的关系奠定坚实基础。

热冲击对金刚石/铜复合材料的热学性能影响

采用压力浸渗和超高压熔渗法制备不同界面状态的金刚石／铜复合材料，分析界面状态对热学性能的影响，重点研究在-65～125℃和-196～85℃两种热冲击载荷下，循环100周次后材料的热导率和热膨胀系数的变化规律。结果表明：通过添加cr元素的Dia／CuCr和使用超高压制备的EHV—Dia／Cu，材料的界面状态得到了改善；界面强度的提高，有利于获得高热导率，低热膨胀系数的复合材料。Dia／Cu的热导率仅有459．1W·m^-1·K^-1，而EHV．Dia／Cu高达678．2W·m^-1·K^-1，Dia／CuCr则为529．7W·m^-1·K^-1。-55～125℃的热冲击条件下，Dia／Cu，Dia／CuCr，EHV—Dia／Cu的热导率保持良好的稳定性，变化在2．5％以内。而在-196～85℃的热冲击条件下，Dia／Cu由于界面结合力弱，在热应力的作用下热导率急剧下降；Dia／CuCr和EHV．Dia／Cu则表现出了良好的抗热冲击能力，循环后热导率仅下降3％左右。Dia／Cu和Dia／CuCr的初始热膨胀系数分别为8．45×10^-6K。和6．93×10^-6K^-1，Cr元素的添加使得界面结合强度提高，低膨胀系数的金刚石对高膨胀系数的基体约束力增加，使得热膨胀系数明显下降。在两种热冲击实验条件下，Dia／Cu的热膨胀系数基本保持不变，Dia／CuCr分别上升6．64％和7．22％。

氢气热处理对铜/金刚石复合材料组织性能的影响

研究了控制氢气流量为5 L/min,热处理温度为400、600和800℃,热处理时间为30 min条件下的氢气热处理对CuCr0.8/金刚石复合材料组织和性能的影响。断口SEM观察表明,氢气热处理后基体铜合金塑性变差且从金刚石表面脱粘,复合材料断裂方式为沿晶断裂,随热处理温度的上升组织劣化程度增加。复合材料残余抗弯强度随温度上升单调下降,最小值仅相当于未处理的28.0%,而热膨胀系数(CTE)最大值可达9.82×10-6/℃。经外观颜色与断口SEM观察并结合XRD分析可以推断氢蚀机制为:高温下氢夺取了复合材料中的氧生成了高压水蒸汽,不仅使基体脆化与界面胀裂,而且加速了界面碳化铬层的氧化及金刚石表层的石墨化。

纳米碳纤维表面化学镀铜的研究

研究了纳米碳纤维的化学镀铜过程与不同的装载量对纳米碳纤维镀铜的影响。采用红外光谱分析纳米碳纤维表面的官能团,SEM观察镀层微观形貌,并用能谱分析镀层的成分。结果表明纳米碳纤维经过酸洗过后表面生成羟基与羧基功能团,纳米碳纤维表面由疏水性改为亲水性。表面镀层厚度可达350 nm,镀层由50 nm的铜颗粒组成,含有微量的氧。随镀液中装载量的减少,纳米碳纤维的增重增加,镀层包覆的更完整更厚。镀铜纳米碳纤维直接热压得到40%(体积分数)纳米碳纤维/Cu复合材料,实现了纳米碳纤维在基体中均匀分散。