(TiC-TiB2)-Ni复合陶瓷的高温摩擦磨损性能

为了进一步优化复合陶瓷的制备工艺,以采用高温自蔓延合成法(SHS)制备的(TiC-TiB2)-30%Ni复合陶瓷材料作为研究对象,研究其在不同温度、载荷和摩擦速度下的摩擦系数和磨损率。采用光电分析天平对磨损前后试样进行称重,采用扫描电子显微镜(SEM)对磨损形貌进行观察。结果表明:在磨损温度、摩擦载荷和速度较低时,摩擦系数较高,此时的磨损机制主要为磨粒磨损;随着温度、载荷和速度的升高,磨损表面生成氧化膜,此时磨损机制变化为氧化磨损,摩擦系数降低;磨损率随温度的升高呈现降低的趋势,但随着载荷和速度的增加,磨损率也随之增大。

TiC-TiB_2复合陶瓷制备的研究进展

通过介绍国内外TiC-TiB2复合陶瓷的制备方法、显微结构与合成机理,并结合超重力下燃烧合成TiC-TiB2复合陶瓷的显微结构与合成机理,探讨了各种制备方法的特点及对TiC-TiB2复合陶瓷致密化的影响,并指出自蔓延高温合成因其成本低,现已成为制备该类复合陶瓷主要的、最具前景的关键技术,同时为促进陶瓷致密、细化组织并提高组织均匀性,该材料的发展方向应着重于采用自蔓延高温合成制备TiC-TiB2共晶系陶瓷。

基于B_4C-Ti-Ni体系反应合成TiC-TiB_2-Ni复相陶瓷

在超高重力场条件下,以B4C-Ti-Ni为反应体系,合成制备TiC-TiB2-Ni复相陶瓷。XRD和FESEM分析结果表明,反应燃烧充分,所得陶瓷基体由TiB2片晶相、不规则TiC相和Ni相构成。燃烧反应放热,促使反应物熔化生成Ti-C-B-Ni液相产物。待反应结束后,TiB2、TiC先后从陶瓷熔体中凝固形核、析出,而Ni相最后凝固,并对陶瓷基体补缩。随着Ni添加量的增加,陶瓷基体显微组织细化,且均质化水平极大提高,同时,陶瓷的相对密度、断裂韧性和弯曲强度逐渐增大,当Ni添加量为20mass%时,陶瓷性能最佳,分别为97.8%、13.1MPa獉m0.5及693MPa。其维氏硬度先升高后降低,当Ni的添加量为15mass%时,达到最高值,为18.6GPa。

SHS工艺制备TiC-TiB_2/Cu-Ni复合材料的性能

以Ti和B4C粉末为主要原料,以金属Cu、Ni为粘结剂,利用SHS/PHIP工艺制备了TiC-TiB2/Cu-Ni系复合材料,通过实验研究了该系列复合材料的微观结构特征和力学性能.结果表明,TiC-TiB2/Cu-Ni系复合材料中只有TiC、TiB2、及Cu(Ni)相存在;随着金属含量的增加,燃烧温度下降,颗粒尺寸变小;由于Ni的加入改善了陶瓷/金属的浸润性,双掺Cu-Ni的TiC-TiB2陶瓷基复合材料力学性能最高,其相对密度为98.5％、断裂韧性最高值达到11.6 MPa·m1/2.

TiC-TiB_2准共晶复合陶瓷的微观结构与凝固行为

采用超重力下燃烧合成技术,制备出TiC-40%TiB2准共晶复合陶瓷。XRD、SEM与EDS结果表明,复合陶瓷主要由大量细小的TiB2片晶均匀分布于TiC基体上的共晶组织构成。超重力下的燃烧化学将获得纯净的Ti-W-Cr-C-B合金液,并随即发生凝固反应。TiC在凝固过程中率先形核,TiB2依附于TiC形核析出,二者以合作方式生长,但是由于TiC较TiB2具有更快的生长速率,从而形成TiC包覆TiB2片晶的准共晶组织。

Cr对超重力场燃烧合成TiC-TiB_2复合陶瓷凝固行为的影响

采用超重力场燃烧合成技术,以Ti+B4C为主反应体系,同时辅以不同含量的CrO3+Al增强体系,制备出不同Cr含量的TiC-TiB2复合陶瓷。XRD、FESEM与EDS分析表明,所得TiC-TiB2复合陶瓷主要由大量细小的TiB2片晶、TiC球晶构成,富Cr金属相多与TiB2片晶交织在一起。随着CrO3+Al含量增加,体系绝热温度升高,TiC-TiB2复合陶瓷中富Cr金属相体积分数逐渐增加。分析认为,超重力场下燃烧反应完成后,得到Ti-Cr-C-B合金液相,在冷却凝固过程中,TiC率先形核析出,TiB2随后析出,Cr及少量未反应Ti最后析出,并对TiB2片晶形成的骨架结构进行补缩,从而提高了TiC-TiB2复合陶瓷的致密性。

超声振动砂带磨削TiC-TiB_2复合陶瓷的效率研究

本文采用超声振动砂带磨削的方法对超重力下燃烧合成的TiC-TiB2复合陶瓷进行磨削试验,寻求提高效率的途径和方法。通过与超声砂轮磨削和普通砂带磨削的对比试验,研究砂带种类、粒度及磨削工艺参数对磨削效率的影响规律,得出当磨削深度0.04 mm,砂带线速度15.2 m/s,工件进给速度1 000mm/min,金刚石砂带粒度60时,材料标准切除率较高。

TiC-TiB_2复合陶瓷制备及性能研究

TiC-TiB2复合陶瓷因具有高硬度、高断裂韧性及优异的耐磨性,目前已成为工程陶瓷的研究热点。但是TiC-TiB2复合陶瓷的难以制备与难于致密,又使其应用受到极大限制。本文介绍了国内外TiC-TiB2复合陶瓷合成与制备方法、显微组织与力学性能等,特别提到了军械工程学院先进材料研究所采用超重力下燃烧合成技术,制备出大尺寸、高致密性的TiC-TiB2共晶复合陶瓷,从而为以后的更广泛应用提供了支持。

(Ni,C_f)/(TiC-TiB_2)陶瓷基复合材料SHS/PHIP工艺的正交优化

在利用SHS/PHIP技术制备(Ni,Cf)/(TiC-TiB2)陶瓷基复合材料过程中,对预制坯相对密度、预压力、延迟时间、致密化压力、保压时间等基本工艺参数以及镍和碳纤维的含量与材料性能之间的关系进行了分析,从而确定了影响该材料性能的主要因素为致密化压力、镍含量和碳纤维含量,并为此设计了一个三因素三水平的正交试验。结果表明:在质量为120 g的试样中,当碳纤维的含量为3%、镍含量为15%(均为质量分数),预制坯相对密度为61%左右、延迟时间为16 s、致密化压力为300 MPa、保压时间为6 s时,该材料的性能最优,其室温弯曲强度σb=488.27MPa,断裂韧性KIC=12.90 MPa.m1/2。

超声砂带磨削TiC-TiB_2复合陶瓷表面质量试验研究

任何机械加工方法都不能获得理想表面,而要实现工件高精度、低表面粗糙度值、低残余应力、低硬化层的表面高质量要求,这是现代磨削技术的重要发展趋势。通过超声砂带磨削与普通砂带磨削的对比试验,研究分析了砂带粒度、磨削深度、砂带线速度、工件进给速度等加工工艺参数对工件表面质量的影响。实验结果表明:采用细粒度的金刚石砂带以及合理的磨削工艺参数可以降低工件表面粗糙度和减少磨削裂纹,这在生产中具有重要的实际意义。

TiC-TiB_2复合陶瓷的自蔓延高温合成

依据热力学理论计算了Ti和B4C反应的绝热温度为3230K,说明该反应放出大量的热,反应能够自发维持.采用自蔓延高温合成与同时致密化工艺(SHS/PHIP)制备了TiC-TiB2复合陶瓷,XRD及SEM分析表明,合成的产物纯净、无中间相出现,而且由于TiC-TiB2复合陶瓷组织中长条形状TiBz相的存在,使得该材料的力学性能相对较高.

TiC-TiB_2复合陶瓷磨削裂纹的试验研究

本文基于压痕断裂力学,分析了TiC-TiB2复合陶瓷磨削裂纹的特征,并对TiC-TiB2复合陶瓷磨削裂纹的形成及扩展过程进行了研究。磨削实验发现:TiC-TiB2陶瓷磨削裂纹密度较大,为穿晶裂纹和沿晶裂纹的混合形式;裂纹易在陶瓷内部缺陷处形成,并因陶瓷显微组织不均匀性而发生钉扎、偏转、分叉及桥接,使得材料中裂纹的扩展呈现不连续性;TiB2硬质相会对裂纹的扩展有一定的阻碍作用。

绝热燃烧温度对TiC-TiB_2复合陶瓷物相及组织的影响

以B4C粉、Ti粉、CrO3粉以及Al粉为原料,采用超重力下自挤压辅助燃烧合成技术,以快速凝固方式制备出不同绝热燃烧温度的TiC-TiB2复合陶瓷。XRD、FESEM与EDS结果表明,TiC-TiB2复合陶瓷基体主要由片状的TiB2晶粒构成,同时在TiB2基体间还分布着少量不规则的TiC,(Ti,Cr,Al)C1-x及Al2O3残余夹杂物。随着绝热燃烧温度的升高,Al2O3的含量先减少后增加,(Ti,Cr,Al)C1-x的含量逐渐增加,TiB2与TiC的含量基本不变。

TiC-TiB_2复合陶瓷制备与研究动态

TiC-TiB2复合陶瓷因具有高硬度、高断裂韧性及优异的耐磨性,目前已成为工程陶瓷的研究热点。但是TiC-TiB2复合陶瓷的难制备及难以致密,又使其应用受到极大限制。作者介绍了目前国内外TiC-TiB2复合陶瓷制备方法、显微结构与合成机理,特别提到了本课题组采用超重力下燃烧合成技术,制备出大尺寸、高致密性的TiC-TiB2共晶复合陶瓷,陶瓷硬度达到28.6GPa,而陶瓷的高硬度则认为是细小的TiB2片晶均匀分布于TiC基体上——这一独特共晶凝固组织所致。

绝热燃烧温度对TiC-TiB_2复合陶瓷力学性能的影响

以B4C粉、Ti粉、CrO3粉以及Al粉为原料,采用超重力下自挤压辅助燃烧合成技术,以快速凝固方式制备出不同绝热燃烧温度的TiC-TiB2复合陶瓷。力学性能测试表明,不同绝热燃烧温度的TiC-TiB2复合陶瓷的相对密度均达到了96%以上,当绝热燃烧温度分别为3 500℃和3 600℃时,陶瓷的维式硬度和断裂韧性分别达到最高的18.4 GPa和14.7MPa.m-0.5。

TiC-TiB_2复合材料的研究进展

TiC-TiB_2复合陶瓷具有熔点高、硬度大、耐磨耐蚀、导电性好等优点,是目前正在开发并有广泛应用前景的新型复相陶瓷材料。简要综述了TiC-TiB_2复合材料的各种制备技术、组织、性能、机理等方面的研究现状,概述了它的主要应用价值以及将来的研究发展趋势。

绝热温度对超重力场燃烧合成TiC-TiB_2组织及性能的影响

通过在(Ti+B4C)体系中引入相应含量的(CrO3+Al)高能铝热剂,采用超重力场燃烧合成,在不同绝热温度下制备出具有不同含量Cr基合金相的TiC-TiB2复合陶瓷。XRD、FESEM和EDS分析表明,TiC-TiB2复合陶瓷主要由TiB2片晶与不规则的TiC晶粒组成,少量的Al2O3夹杂颗粒孤立地分布于陶瓷基体上,而Cr基合金相则分布于TiB2片晶与不规则TiC晶粒周围。增加燃烧合成绝热温度,因增加了陶瓷熔体中的Cr基合金相含量,不仅促进陶瓷致密化,而且促使陶瓷凝固组织细化,使得TiB2片晶诱发的裂纹偏转、裂纹桥接、片晶拔出及Cr基合金相所引起的延性相增韧随之增强,进而使陶瓷断裂韧度与抗弯强度增大。

超高重力场燃烧合成TiC-TiB_2的组织变质与断裂行为

采用超高重力场燃烧合成工艺,并从500 g到2 500 g每间隔500 g依次增大超重力场加速度,制备系列TiC-TiB2凝固陶瓷。经XRD、FESEM和EDS分析,发现陶瓷显微组织均由片晶的TiB2基体相、不规则的TiC第二相及少量的Al2O3夹杂与Cr基金属相组成。增大超重力场加速度,反应熔体内部各组份之间的对流(Stokes)加强,可加快Al2O3液滴的上浮与分离,促进TiC-TiB2-Me液相成分均匀化,使陶瓷显微组织得以细化,且当超重力场加速度超过2 000 g时,出现TiB2片晶厚度小于1μm的超细晶组织,同时随陶瓷基体上Al2O3夹杂量降低、TiB2片晶异常长大弱化,陶瓷组织均匀性提高。经FESEM断口形貌与裂纹扩展观察,发现TiB2基体相的裂纹桥接与拔出,并耦合晶间Cr基延性相增韧构成陶瓷的复合增韧机制,且随超重力场加速度增大,陶瓷的致密性与组织均质性得以提升,不仅促进TiB2基体相裂纹桥接与拔出,而且可增大Cr基延性对陶瓷增韧的贡献,使得陶瓷弯曲强度与断裂韧性分别同时达到最大值(975±16)MPa和(16.8±1.2)MPa·m1/2。

超重力场燃烧合成TiC-TiB_2凝固陶瓷组织与性能

通过调整反应体系中Ti、C及B之间的原子摩尔比,采用超重力下燃烧合成工艺,制备出TiB2系列摩尔分数的TiC-TiB2复合陶瓷。利用场发射扫描电镜(FESEM)观察了复合陶瓷微观组织,研究了TiB2成分对复合陶瓷力学性能的影响。结果表明:随着TiB2摩尔含量增加,陶瓷基体逐渐从TiC球晶组织转化为TiB2片晶组织,在TiB2摩尔分数为50%时,可获得细晶乃至超细晶TiC-TiB2复合陶瓷,而且残留于基体上的α-Al2O3夹杂量也最低。陶瓷相对密度、Vickers硬度与弯曲强度均在50%TiB2(摩尔分数,下同)时呈现最大值,而陶瓷断裂韧性则在66.7%TiB2时出现最高值。陶瓷断裂模式为TiC穿晶断裂与TiB2沿晶断裂的混合模式,且随TiB2摩尔分数增加至66.7%,TiC穿晶断裂倾向显著减弱而TiB2沿晶断裂倾向明显增强。TiC-TiB2细晶及超细晶凝固组织的获得使TiC-50%TiB2复合陶瓷在小尺寸TiB2片晶诱发的裂纹偏转、裂纹桥接及片晶拔出增韧机制作用下,具有最高的弯曲强度及较高的断裂韧性。

Ni含量对TiC-TiB_2-Ni涂层组织与性能的影响

利用超音速火焰喷涂技术在45钢基体表面制备了4种不同Ni含量的TiC-TiB2-Ni金属陶瓷涂层，并对涂层的组织和相关性能进行了研究。结果表明，Ti-B4C-Ni体系在喷涂过程中发生剧烈的放热反应，可以成功合成TiC-TiB2-Ni金属陶瓷涂层，涂层的主要组成相为TiC、TiB：和Ni，另外，还含有一定量的Ti（C，N）、TiO2、TiO3，和NiO。随着金属Ni含量的增加，涂层组织的均匀性逐渐增强，显微硬度逐渐减小，结合强度和耐滑动磨损性能呈先升高后降低的变化趋势。Ni含量为30％～40％时，涂层的结合强度和耐滑动磨损性能较好，涂层的滑动磨损失效形式主要为犁削和脆性剥落。