电场激活及压力辅助法制备AlMgB_(14)-TiB_2复合材料及性能表征

采用FAPAS法制备AlMgB14预反应粉,将其与TiB2粉混合,在烧结温度1500℃,轴向压力60 MPa,升温速度100℃/min、保温时间15 min条件下制备了具有较理想组织结构的AlMgB14-30wt%TiB2复合材料。通过HRTEM、SEM和EDS对AlMgB14-30wt%TiB2的微观结构进行表征,研究结果表明:AlMgB14-30wt%TiB2复合材料的显微硬度31.5 GPa,断裂韧性K1C值可达到3.65 MPa.m1/2,与机械合金化/单轴热压法制备的结果一致。并从微观结构分析了AlMgB14-TiB2复合材料的增韧机制主要来源于TiB2增强相与基体间形成高强结合界面。FAPAS法为AlMgB14基复合材料的制备开拓了低成本高效的新途径。

AlMgB_(14)-TiB_2复合材料的高温摩擦磨损特性

采用电场激活压力辅助烧结(FAPAS)法制备Al Mg B14-30%(质量分数)Ti B2超硬复合材料。用往复式球盘磨损仪测试材料从室温到800℃的摩擦磨损性能,磨损表面的相结构和形貌分别用XRD和SEM进行测试。结果表明:复合材料在300℃以下的摩擦因数为0.45~0.55,500~600℃的摩擦因数为0.65;当温度升高到800℃时,复合材料的摩擦因数最低,主要原因是表面生成了一层摩擦因数比较低的氧化物薄膜。磨损机理在室温时为轻微的磨粒磨损,高温时则转变为黏着磨损。

AlMgB_(14)-TiB_2与Nb的场辅助扩散连接机理和影响因素

采用场辅助扩散连接(FDB)技术对AlMgB14-30%TiB_2复合材料和金属Nb进行连接,改变压力等试验参数,研究其对连接形貌和性能的影响,分析扩散连接机理。用扫描电镜(SEM)观察截面形貌,用剪切强度表征连接件的力学性能。结果表明:电场的存在使反应界面激活能下降,有利于TiB_2相在连接界面处的富集;连接成功的最小压力为50 MPa;控制初始硼粉的含氧量可以有效避免在连接界面处产生氧化物带。

AlMgB_(14)-30%TiB_2复合材料与Mo的同步扩散连接

采用FAPAS法实现AlMgB_(14)-30%TiB_2复合材料的合成,并将其与金属Mo进行扩散连接。用剪切试验和热震试验测试和表征连接件的强度,用扫描电镜(SEM)观察剪切断口和热震前后截面的形貌。结果表明:FAPAS法能够同步实现复合材料的制备及其与金属Mo的扩散连接,形成的复合构件扩散层宽度为150μm;连接接头的剪切强度为21 MPa,断裂区域为复合材料与扩散层的连接区域。

AlMgB_(14)-30wt%TiB_2复合材料与Nb的扩散连接性能研究

为了克服陶瓷材料和金属的缺点,发挥两类材料各自的优势,将AlMgB_(14)-30wt%TiB_2复合材料与金属Nb采用电场激发与压力辅助合成(FAPAS)法进行连接,并对形成的连接接头的力学性能进行了测试和分析。连接接头的截面形貌采用扫描电子显微镜SEM进行观察。试验结果表明,FAPAS法能够将AlMgB_(14)-30wt%TiB_2复合材料与金属Nb进行有效连接。连接接头的扩散层宽度约为200μm,接头的平均剪切强度为63MPa,两种材料连接良好。热震后的接头不存在明显裂纹和孔洞,AlMgB_(14)-30wt%TiB_2复合材料与Nb形成的复合构件的抗热震性能良好。

TiB_2含量对AlMgB_(14)基复合材料抗高温氧化性能的影响

为了揭示纳米TiB_2对AlMgB_(14)基复合材料抗高温氧化性能的影响机理,对不同TiB_2含量(质量分数分别为0、10%和30%)的AlMgB_(14)基复合材料的抗高温氧化性能进行了研究和讨论,试验温度800℃,氧化时间10h。试样氧化前后的表面和截面形貌采用扫描电子显微镜(SEM)进行观察,氧化产物采用X射线衍射仪(XRD)进行分析。结果表明:随着TiB_2含量的增加,氧化膜厚度逐渐减小,氧化速率逐渐变缓,氧化层主要物相由Al_2O_3逐渐变化为TiO和TiO_2,说明添加的纳米TiB_2能显著阻止复合材料内部组织的氧化,提高复合材料的抗高温氧化性能。

AlMgB_(14)-30%TiB_2复合材料的高温氧化行为

为了探讨AlMgB_(14)-30%TiB_2(质量分数)复合材料的高温氧化行为,采用电场激活与压力辅助烧结(FAPAS)法制备了这一复合材料。以SX2-4-10箱式电阻炉高温氧化10 h(600~1 000℃),研究了其不同温度下的氧化行为;采用X射线衍射仪(XRD)分析了其氧化表面的相结构,以扫描电子显微镜(SEM)观察氧化后的表面和截面形貌。结果表明:AlMgB_(14)-30%TiB_2复合材料在600℃时发生氧化反应,相为TiB_2,AlMgB_(14)相发生氧化反应的温度为800℃;氧化温度达到1 000℃时,氧化层表面由一层玻璃状的B2O3组成。

电场激活辅助AlMgB_(14)-TiB_2与金属的反应扩散连接及界面结构分析

采用FAPAS烧结工艺原位合成了Al Mg B14-Ti B2复合材料,并分别同步实现了与金属Nb和Mo的扩散连接。利用XRD、SEM和EDS等手段对连接界面扩散层的相组成、微观形貌和元素分布特征进行了分析;探讨了在电场、温度场、压力场多物理场耦合条件下的扩散层形成机制及扩散连接过程。结果表明,Al Mg B14-30%（质量分数）Ti B2复合材料与金属Nb和Mo可以实现同步合成和扩散连接,形成宽170～180μm的均匀致密的扩散连接层;Ti B2在烧结过程中富集于连接界面,并与金属反应生成金属间化合物;硼元素在浓度梯度作用下的连续扩散和金属间化合物的形成是扩散连接的主要机制。

超细TiB_2对AlMgB_(14)/TiB_2力学性能及抗高温磨损性能的影响

采用FAPAS法制备了超硬AlMgB_(14)/TiB_2复合陶瓷材料,分别采用扫描电镜(SEM)及能谱(EDS),X射线衍射仪分析添加超细TiB_2第二相颗粒对复合材料微观形貌及韧性的影响;通过高温摩擦磨损试验分析了复合材料在25,300,500℃下的抗磨损性能及其摩擦学特征。结果表明,添加30%(质量分数)的微纳米级TiB_2后,AlMgB_(14)/TiB_2复合材料的平均硬度达32.5 GPa,断裂韧性由未添加时的3.0 MPa·m^(1/2)提高到3.95 MPa·m^(1/2);摩擦系数在室温及300℃时介于0.4~0.55之间,500℃时达0.65左右,磨损率1.27×10^(-6)~6.62×10^(-6) mm^3/(N·m)。随着摩擦温度的升高,试样摩擦学性能发生变化,由于摩擦表面产生氧化物的润滑作用,摩擦系数在300℃时略有减小,磨损机理由室温时的磨粒磨损转变为高温下的粘着磨损脱落。