粉末套管法Ti/Al/Ti复合板的界面结合性能

采用粉末套管法,通过“热轧+中间退火+进一步冷轧”工艺制备Ti/Al/Ti复合板。利用扫描电镜、电子探针、能谱仪、XRD分析以及万能实验机,研究不同制备参数下Ti/Al/Ti复合带材的界面形貌、元素分布、物相种类和界面结合强度。结果表明,单一脆性金属间化合物TiAl_(3)的产生会阻碍Ti/Al元素的扩散,扩散层厚度发生减薄。500℃退火,扩散层主要是由扩散形成的冶金结合层,局部区域有少量的金属间化合物TiAl_(3)生成,界面结合强度受冶金结合强度与机械结合强度的动态变化影响,随着压下率升高,结合强度先降低后升高再降低;550℃退火,界面反应增强,TiAl_(3)相逐渐增多,扩散层强度增加,冶金结合强度提高,由14.3 N/mm(500℃)增加至35.1 N/mm(550℃),随着压下率的增大,化合物层破碎程度增加,界面结合强度逐渐降低。

重熔对Al-Ti-La中间合金中Ti_(2)Al_(20)La相的影响

通过扫描电镜、X射线衍射和电子探针等分析研究了重熔过程中不同保温时间和温度对Al-Ti-La中间合金中Ti_(2)Al_(20)La相的含量、形态尺寸和稳定性的影响。结果表明:在750℃下,随着保温时间的延长,Ti_(2)Al_(20)La相的溶解度逐渐增大,含量由未处理的20.776%下降至13.72%,形态由块状演变为圆整和细小的片状,长宽比由2.33下降至1.52;在1000℃下,保温15 min后溶解度较大,含量降低至4.5%,形态演变为尖锐的长条状,长宽比上升至2.55;溶解产生的La原子与Al在晶界处形成La-Al金属间化合物(IMC),Ti原子在基体中的分布密度随保温时间的延长和保温温度的升高而增高,以游离态均匀分布在基体中。

熔体压力对水平双辊铸轧Ti/Al复合板界面结合强度的影响

除了铸轧速度和熔体浇铸温度外,铸轧区内的熔体压力也是影响水平双辊铸轧Ti/Al复合板工艺稳定性和界面结合强度的重要因素。本工作在铸轧复合过程中通过调节前箱内熔体的液面高度,获得了在不同铸轧区熔体压力下制备的Ti/Al复合板。通过金相、扫描电镜、显微硬度、室温拉伸实验、T型剥离实验等手段对复合板的显微组织和界面结合性能进行表征和测试。结果表明,当熔体压力较高时,可以生产出充盈饱满、板型良好、结合强度高的复合板,但熔体压力过高会影响铸轧复合过程的稳定性。当熔体压力过低时,熔体的横向流动能力减弱,铸轧区内不能完全被熔体填充满,板材出现热带、褶皱等缺陷,同时,在Ti/Al上出现了部分微孔和微裂缝。在较高熔体压力下,固/液接触距离更长,带材表面与熔体的润湿更加充分,熔体分布更加均匀,固/液扩散更加充分。因此,当熔体压力较高时,复合板具有更高的结合强度,界面结合强度达到20.1 N/mm。

高纯Al-Ti中间合金的制备工艺研究及应用

Al-Ti中间合金是一种铝加工行业应用广泛的中间合金。本文以海绵钛为原料,采用金属熔配法制备Al-Ti中间合金,借助金相显微镜、扫描电镜等分析手段研究了制备的Al-Ti中间合金中TiAl3相的含量、形貌和显微组织。同时,本文还分析了Al-Ti中间合金的合成机理,结果表明当反应温度为1100~1200℃,以海绵钛为原料可以制备出富含TiAl3相的Al-Ti中间合金,TiAl3相均匀分布,绝大多数以长条状、针状分布于铝基体中。

固溶时间对Ti@(Al-Si-Ti)_(p)/A356复合材料组织及力学性能的影响

采用粉末触变成形技术制备了原位自生心-壳结构增强A356铝基复合材料,并研究了固溶时间对Ti@(Al-Si-Ti)_(p)/A356复合材料显微其组织及力学性能的影响。结果表明,随着固溶时间增加,初生α-Al相颗粒粗化长大;共晶Si相不断溶解,晶界上残余的共晶Si粗化、球状化;Al基体、Ti心部继续反应,增强体颗粒壳层发生相转变。复合材料在545℃固溶处理1 h时,力学性能达到峰值,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为263.9 MPa、175.1 MPa、20%,比制备态复合材料分别提高了7.3%、21.4%和12.4%,维氏硬度也从59.3 HV提高到72.8 HV。

Ti-Al-Fe体系bcc相扩散系数及原子移动性

钛合金中合金元素的扩散行为对材料的制备、加工、服役等过程至关重要。研究了1000和1100℃时Ti-Al-Fe体系bcc相中的元素扩散行为,制备了8对bcc-Ti-Al-Fe单相合金扩散偶。分别在1000℃/8.5 h和1100℃/7 h条件下进行扩散,利用EPMA技术测定成分-距离曲线。通过得到的成分-距离曲线,采用CALPHAD方法建立了Ti-Al-Fe体系bcc相的原子移动性数据库。在优化过程中,采用HitDIC软件得到了原子迁移率参数和互扩散系数。利用得到的原子移动性参数对扩散偶的扩散过程进行了模拟,计算结果与实验扩散特性(互扩散、组分-距离分布和扩散路径)一致,验证了该数据库的准确性。这一研究成果对于深入理解钛合金的微观组织演变和性能具有重要意义。

电子束冷床熔炼大型钛合金(Ti-6%Al-4%V)板坯的铝元素偏析控制数值模拟研究

建立验证了三维多物理场耦合数值模型,研究了电子束冷床熔炼(EBCHM)大尺寸TC4(Ti-6%Al-4%V)钛合金板坯中铝元素的偏析控制机制。定性预测了不同铸造条件下铝元素在熔炼区和凝固区的宏观偏析趋势。结果表明,由于溢流口附近熔池形状的纵向演变趋势,拉锭速度增加对铝元素偏析控制的影响很小。降低液面温度是限制铝元素蒸发损失、控制铝元素偏析的有效方案。对于拉锭速度为8 mm/min的EBCHM过程,随着液面温度从2273 K降至2073 K,熔池中铝元素偏析度φl从0.78增至0.96,凝固横截面上相应的铝元素偏析程度φc从0.67增至0.93。

轧制工艺对铸轧Ti-Al复合板界面组织与性能的影响

除热处理工艺外,轧制工艺也是影响铸轧Ti/Al复合板工艺稳定性和界面结合强度的重要因素。通过改变铸轧复合过程中的轧制温度和轧制变形量,获得了不同的Ti/Al复合板。利用SEM、EBSD、XRD等手段对复合板的显微组织和界面结合性能进行了表征和测试。结果表明,在不同温度下进行50%变形量的轧制时,复合板发生不同程度翘曲。当轧制温度为470℃时,复合界面在高倍扫描电镜下为锯齿状界面;而在轧制温度为500和530℃时,复合界面为波浪状界面。随着轧制温度的升高,复合板的结合强度也有所提高。在温度一定、变形量改变的轧制过程中,当变形量小于50%时,复合板的平均结合强度随着变形量的增大而增加。当变形量为75%时,由于钛层金属太薄,且变化不平均,导致钛层出现破裂使复合板失效。综上所述,在温度为500℃,轧制变形量为50%时,复合板的平均结合强度最好。

烧结法制备Al-Ti-B中间合金粉体

采用TiO_(2)粉、CaO、Al粉和B_(2)O_(3)为原料,经混匀、压片、烧结后,制备出了Al-Ti-B中间合金粉末。利用XRD、SEM-EDS、XPS等表征手段,对烧结产物的物相组成、微观形貌和原子价态进行分析。结果表明,在钙铝比1.6、钛硼比5、1485℃烧结20 min的条件下,烧结产物的主要物相为Al_(3)Ti、TiB_(2)、Al、CaAl_(4)O_(7)和CaAl_(2)O_(4);烧结产物中Al_(3)Ti呈块状,TiB_(2)呈小颗粒状,两者均匀分布在铝基体中;TiO_(2)在反应中存在逐级还原的现象。烧结法可以制备出Al-Ti-B中间合金粉体。

Ti元素对Al-5Mg合金晶粒细化机理研究

晶粒细化能有效降低铸造缺陷,减小晶粒尺寸,是提高Al-Mg合金强度和塑性的有效途径。研究了Ti元素对Al-5Mg合金晶粒细化的影响规律和机理。结果表明,Ti元素能够有效细化Al-5Mg合金晶粒尺寸,与未添加Ti相比,添加0.1%Ti(质量分数)的Al-5Mg合金的晶粒尺寸从143.4μm降至42.7μm。其主要原因为Ti、Zr与Al原子结合形成Al3Ti、Al3Zr、Al3(Ti,Zr)颗粒能充当有效的异质形核核心,促进合金中细小、均匀等轴晶的形成。当Ti元素含量为0.2%(质量分数)时,Al3M颗粒团聚粗化,形核位点数量减少,Ti元素细化效果降低,合金的晶粒尺寸增加到64.6μm。当合金中Al3M相尺寸越小、数量越多,分布越弥散,其细化晶粒效果越好。

磁控溅射镀膜技术在(Cr,Ti,Al)N涂层上的应用

过渡金属氮化物硬质涂层在切削刀具、精密模具和机械零部件等领域有着广泛的应用。随着切削技术的进步和难加工材料的增多,硬质涂层已由传统的二元涂层向着三元、四元涂层不断发展。(Cr,Ti,Al)N四元涂层因其优异的综合性能而备受研究人员的关注。本文从磁控溅射镀膜的基本原理和技术特点出发,介绍了制备(Cr,Ti,Al)N涂层常见的磁控溅射镀膜技术,分析了采用单质靶与合金靶沉积镀膜的效果及其各自的优缺点,研究了磁控溅射工艺参数对(Cr,Ti,Al)N涂层机械性能的影响,最后讨论了(Cr,Ti,Al)N梯度涂层的作用及其制备方法。本文可为设计(Cr,Ti,Al)N涂层制备工艺、改善(Cr,Ti,Al)N涂层性能提供理论参考与指导。

制备Si-Cr-Y高温抗氧化涂层适用于低密度Nb-Ti-Al合金

针对低密度Nb-Ti-Al合金抗氧化性能需求,开展了Si-Cr-Y抗氧化涂层研究,利用SEM、EDS、电阻内热法等手段分析了制备的硅系涂层高温抗氧化性能和微观结构在氧化前后的变化。结果表明,1200℃下涂层抗氧化寿命达到133 h,室温~1200℃空冷热震大于15000次;涂层与基体之间形成一层扩散阻氧层,保证了涂层与基体之间的结合强度;在高温大气环境下,涂层表面形成一层隔绝氧气的SiO2保护层,从而表现出Si-Cr-Y涂层具有良好的抗氧化性能。

热处理工艺对Nb-Ti-Al基低密度铌合金力学性能及组织形貌的影响

将Nb-Ti-Al基低密度铌合金在不同的高温条件下进行热加工处理,并对合金涂层后的试样在1300℃高温熔烧30 min,利用INSTRON4505型万能试验机、金相显微镜、扫描电镜和能谱分析仪对热处理后试样的室温(25℃)力学性能(抗拉强度бb、屈服强度б0.2和延伸率)、金相组织、断口形貌等进行了对比分析。结果表明,当熔烧温度(t≥900℃)每升高100℃,抗拉强度下降9.23%,屈服强度下降9.11%,延伸率下降9.59%,晶粒度增大比例为21.43%,在熔烧温度高于1200℃时试样仅测出抗拉强度值就断裂了,表现出铌合金试样随着熔烧温度梯度的升高,样品基材的力学性能下降,晶粒度和硬度不断增大,塑性和韧性不断下降的规律。

Al-Ti-B微观组织对7085铝合金细化效果的影响

为比较三种Al-Ti-B的微观组织对7085铝合金晶粒尺寸、硬度及电导率的影响,利用金相显微镜、SEM、维氏硬度计和涡流导电仪等检测设备,研究了经Al-Ti-B中间合金细化后的7085铝合金显微组织与力学性能。结果表明:三种Al-Ti-B中的TiAl_(3)、TiB_(2)相形貌与平均尺寸无明显差异,微观组织缺陷较少。两种Al-5Ti-0.2B中TiB_(2)粒径尺寸分布区间较窄的细化效果较优,将Zr质量分数为0.1%的7085铝合金晶粒细化至168μm;Al-5Ti-1B中TiB_(2)粒径分布区间较窄且含量较高,可将该合金晶粒细化至112μm。窄的粒径分布区间、高的拟合度、异质形核核心数量的提升对细化效果产生积极作用,一定程度抑制了Zr“毒化”现象,改善了硬度及电导率性能。

Al对Ti_(70)Zr_(20)Ta_(10)合金力学性能的影响

为了研究Al对固溶处理态Ti_(70)Zr_(20)Ta_(10)合金力学性能的影响,本文利用光学显微镜、扫描电镜和万能试验机研究了Ti_(70)Zr_(20)Ta_(10)-xAlx合金的显微组织和室温拉伸性能。结果表明,Al元素固溶到马氏体基体中形成固溶体,几乎不改变固溶态Ti-Zr-Ta合金的晶粒尺寸,Ti-Zr-Ta-Al合金室温下均处于马氏体状态。Al的加入改善了Ti-Zr-Ta合金的力学性能,Ti-Zr-Ta-Al合金室温抗拉强度随Al含量增加而升高,断裂延伸率随Al含量的增加呈先增加后减少的趋势,当Al含量为1.0at%时,Ti-Zr-Ta-Al合金断裂延伸率最大(13.92%)。

高频感应辅助自蔓延合成TiAl涂层的工艺参数优化

基于Deform建立了高频感应辅助自蔓延合成TiAl系涂层的二维模型,分析了反应前加热过程中基体和压坯的温度分布规律。设计了反应时刻压坯温差最小为实验目标的三因素三水平的工艺参数正交实验。结果表明:影响压坯温差的工艺参数的主次顺序依次为:感应电流、压坯致密度、压头材料。最优工艺参数组合为:感应电流300 A、压坯致密度88.5%、石墨压头。

Al_(2.5)Cu_(0.5)Ti中间合金对Al-7Si合金微观组织和力学性能的影响

通过真空电弧熔炼炉制备Al_(2.5)Cu_(0.5)Ti中间合金,利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、电子探针显微分析仪(EPMA)、X射线衍射仪(XRD)、差热分析仪(DSC)和万能材料试验机,研究不同添加量(0.3%,0.5%,0.7%,0.9%和1.3%,质量分数,下同)Al_(2.5)Cu_(0.5)Ti中间合金对Al-7Si合金微观组织和性能的影响。结果表明:随着Al_(2.5)Cu_(0.5)Ti合金添加量的增加,Al-7Si合金中初生α-Al和共晶Si组织被显著细化。与未添加Al_(2.5)Cu_(0.5)Ti中间合金相比,当Al-7Si合金中添加0.9%Al_(2.5)Cu_(0.5)Ti中间合金后,初生α-Al晶粒尺寸从218μm减小到80μm,二次枝晶间距从25μm减小到9.3μm;共晶Si组织由粗大的针片状细化为短片状和短棒状,平均长度和宽度分别从34.8μm和4μm减小到11.6μm和1.7μm;合金的抗拉强度和伸长率分别达到184 MPa和9.3%,与未变质合金的力学性能(162 MPa和3%)相比分别提高了13.6%和210%,断裂模式由韧脆混合断裂模式转变为韧性断裂。然而,当Al_(2.5)Cu_(0.5)Ti合金的添加量增加到1.3%时,发生过变质现象,导致Al-7Si合金组织粗化,力学性能下降。

磁控溅射Ti-Al-N复合膜的摩擦磨损性能分析

采用真空磁控溅射技术的方法制备了不同Al质量分数的Ti-Al-N薄膜,分别研究了室温及高温下不同Al质量分数的Ti-Al-N薄膜的摩擦磨损性能.研究结果表明,Al质量分数和温度都对薄膜的摩擦磨损性能产生较大的影响.室温时,当Al质量分数为49.97%时,薄膜的平均摩擦系数最小,为0.772 3;高温条件下,薄膜的摩擦系数显著低于室温条件下,当Al质量分数为39.51%时,平均摩擦系数最小,为0.379 2.

HiPIMS占空比对Al合金表面Ti/DLC涂层力学和摩擦性能的影响

类金刚石涂层(DLC)兼具高硬度、耐摩擦磨损和高化学惰性等优点,是理想的Al合金零部件耐磨防护材料之一。然而受限于Al合金与DLC间力学性能差异大,摩擦工况下承受复杂的耦合载荷作用,易导致涂层剥落失效。通过改变高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS)的电源占空比(2%~10%),设计具有不同结构的Ti过渡层,系统研究Al合金基体上不同过渡层界面结构对DLC力学及摩擦性能的影响。结果表明,随HiPIMS占空比增加,所有Ti过渡层取向从(100)向(002)转变。相比直流磁控溅射Ti过渡层,HiPiMS技术可以降低晶粒尺寸以及提高Ti层致密性,令Ti过渡层具备更强的承载能力,涂层摩擦寿命提升了约4.5倍。沉积具有低(100)择优取向和致密结构的Ti过渡层是实现Al合金表面高性能Ti/DLC涂层的关键,对解决Al合金零部件表面硬质涂层易剥落失效等问题提供了新思路。

Ti-Al-V-Zr合金的团簇式设计及铸态组织和力学性能

Ti-6Al-4V是目前应用最广泛的钛合金,但其铸态强塑性不足。本研究设计思想基于Ti-6Al-4V合金双团簇成分式α-{[Al-Ti_(12)](AlTi_(2))}_(12)+β-{[Al-Ti_(14)](V_(2)Ti)}_(5):首先通过改变β相团簇式个数为2,使合金成分偏向α-Ti,其次增加β相团簇式中V原子个数至3,提高了β-Ti结构单元稳定性,然后用不同个数Zr(x=1、2、3、5)替代β相团簇式中Ti,最后得到了团簇式α-{[Al-Ti_(12)](AlTi_(2))}_(15)-β-{[AlTi_(14-x)Zr_(x)]V_(3)}_(2),设计了Ti-(6.64~6.82)Al-(2.42~2.35)V-(1.44~7.02)Zr(质量分数/%)合金,采用非自耗真空电弧炉熔炼制备合金铸锭,并用真空铜模吸铸成合金棒材,进而对不同合金样品进行显微组织表征和拉伸测试。结果表明:合金均由α'相马氏体组成,其形貌由针状魏氏逐渐转为网篮组织,其中Ti-6.64Al-2.35V-7.02Zr(Zr含量最高)合金为网篮组织,具有最佳的力学性能,屈服强度σ_(YS)为806 MPa,抗拉强度σ_(UTS)为963 MPa,伸长率δ为5.9%,相比于相同状态下Ti-6Al-4V合金,分别提高了23%、19%、51%;比强度和比硬度分别为217 kN·m/kg和0.71 GPa·cm^(3)/g,相比于Ti-6Al-4V合金分别提高了18%和10%。