原位合成Al_(2)O_(3)/TiB_(2)颗粒混杂增强铝基复合材料的性能研究

针对传统铝合金无法满足工业和民用中对高强高导铝合金需求的问题,开发一种提升铝合金表面硬度且保证其导电导热性能的新型铝基复合材料。通过机械合金化法制备了Al-TiO_(2)-B混合粉末,采用放热弥散结合接触反应技术成功原位合成Al_(2)O_(3)/TiB_(2)颗粒混杂增强铝基复合材料,探究了原始粉末Al-TiO_(2)-B体系反应生成Al_(2)O_(3)/TiB_(2)颗粒混杂增强铝基复合材料的反应机理及反应温度对原位反应的影响,分析了铝基复合材料的微观组织形貌以及表面显微硬度和导电导热性能。XRD分析结果表明,反应温度达到1100℃保温200 min后,原始粉末Al-TiO_(2)-B体系中的TiO_(2)和B粉末完全反应,并且在反应过程中B粉抑制了中间产物Al3Ti和AlB2的生成,最终原位生成为Al_(2)O_(3)和TiB_(2)颗粒混杂增强的铝基复合材料。显微组织观察表明,在铝基体中原位生成了TiB_(2)颗粒(直径小于1μm)和Al_(2)O_(3)颗粒(粒径约为2μm),且铝基复合材料表面组织均匀致密。原位合成Al_(2)O_(3)/TiB_(2)混杂颗粒增强铝基复合材料的电导率为46.1%IACS,热导率约为198.5 W·m-1·K-1,显微硬度较传统A356铝合金的68 HV提升至76 HV,新型原位合成铝基复合材料在保证导电导热性能的前提下提升了铝基复合材料的显微硬度。

Y_(2)O_(3)对原位自生TiC-TiB_(2)增强镍基复合涂层组织与性能的影响

为研究Y_(2)O_(3)的添加对氩弧熔覆原位自生TiC-TiB_(2)增强镍基复合涂层组织与性能的影响,选用Q235钢为基体,利用氩弧熔覆的方法,制备原位自生TiC-TiB_(2)陶瓷颗粒的复合涂层,运用XRD、金相显微镜、SEM、热力学分析等方法分析涂层的微观组织形貌,测试熔覆层的硬度与耐磨性能。实验结果表明,加入一定量的Y_(2)O_(3)可促进形核率,其中添加0.6%Y_(2)O_(3)的涂层组织最为细小,TiC颗粒较多且呈弥散分布,涂层组织更为细小均匀,涂层的硬度及涂层的耐磨性大大提高。

50W800无取向硅钢中Al_(2)O_(3)和Al_(2)O_(3)-MnS夹杂物的腐蚀行为研究

采用无取向硅钢退火样进行原位腐蚀实验,对试样表面腐蚀形貌进行OM表征、SEM表征、EDS分析、拉曼光谱表征。结果表明,无取向硅钢的腐蚀源自夹杂物的局部腐蚀,其中包含金属氧化物夹杂Al_(2)O_(3)、金属氧硫化物夹杂Al_(2)O_(3)-MnS。无取向硅钢初期腐蚀时圆形锈斑内腐蚀产物主要为γ-FeOOH和α-Fe_(2)O_(3),且γ-FeOOH含量高于α-Fe_(2)O_(3)。随着腐蚀产物的颜色加深,α-Fe_(2)O_(3)含量逐渐增多。

超声振动原位Al_(2)O_(3(p))/7075汽车零件合金组织与耐腐蚀性能研究

通过超声振动在7075合金中添加SiO_(2),原位生成Al_(2)O_(3)颗粒,利用X射线衍射仪(XRD)、自带能谱分析仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、浸泡腐蚀实验和电化学测试实验对合金的微观组织、物相组成和耐腐蚀性能进行分析。结果显示,超声振动和Al_(2)O_(3)颗粒的原位生成可以细化合金的微观组织,将团聚的Al_(2)O_(3)颗粒分散均匀,且Al_(2)O_(3)颗粒可作为异质形核的核心,提高形核率。超声态Al_(2)O_(3(p))/7075合金主要由Al、Al_(2)O_(3)、Al_(7)Cu_(2)Fe、Al_(2)CuMg、Mg_(2)Zn相组成。相比于7075合金,超声态Al_(2)O_(3(p))/7075合金的失重腐蚀速率和析氢腐蚀速率下降,白色腐蚀产物减少,点蚀和晶间腐蚀程度减弱,自腐蚀电位(E_(corr))和点蚀电位(E_(p))上升,腐蚀电流密度(I_(corr))下降。超声态Al_(2)O_(3(p))/7075合金耐腐蚀性能提升是微观组织细化导致的腐蚀速率减缓和Al_(2)O_(3)颗粒原位生成导致的腐蚀电位升高的协调作用。

Al_(2)O_(3)含量与晶型对赛隆结合SiC基浇注料性能的影响

在超低水泥结合碳化硅基浇注料中加入不同含量和晶型的Al_(2)O_(3),经振动浇注成型,在高纯流动氮气中经1420℃氮化得到赛隆结合SiC耐火材料,检测了氮化后试样的常规物理性能,重点研究了Al_(2)O_(3)含量与晶型对试样高温抗折强度(1200℃、1400℃)、抗热震性的影响,并利用XRD和SEM对物相和显微结构进行了分析。结果表明:结合相与Si在高温下在氮气中发生原位反应生成了呈网络状的交织分布的赛隆,增强了SiC颗粒和基质之间的结合,使碳化硅浇注料试样高温性能得到提高;当刚玉含量为3%时,试样高温抗折强度(1200℃、1400℃)分别为64.3 MPa和13.7 MPa;随着刚玉含量的增加,赛隆相开始增多,但高温抗折强度变化不大;当Al_(2)O_(3)微粉含量为3%时,赛隆相含量增加至15%,高于刚玉含量为12%的试样,高温抗折强度(1200℃、1400℃)分别为64.3 MPa和15.2 MPa;试样抗热震性能整体优于加入刚玉的试样。

Al/Si复合粉包覆改性刚玉颗粒对Al_(2)O_(3)-C材料性能的影响

首先,以3~1 mm的板状刚玉颗粒,Al粉、Si粉质量比分别为4∶0、3∶1、2∶2的Al/Si复合粉,以及酚醛树脂-乙二醇混合液为原料,通过搅拌、180℃烘烤、解体制成Al/Si复合粉包覆改性板状刚玉颗粒。然后,按常规工艺制备Al_(2)O_(3)-C试样,检测试样的常温和高温性能,分析试样的物相组成和显微结构。结果表明:1)在Al_(2)O_(3)-C材料中加入Al/Si复合粉包覆改性刚玉颗粒,可提高材料的致密度、常温强度、高温强度、抗热震性和抗氧化性;Al/Si复合粉中Al粉、Si粉的质量比以3∶1最佳。2)改性板状刚玉颗粒表面的Al粉和Si粉填充在颗粒表面的凹陷处,提高了试样的成型致密度以及烘烤后和埋炭热处理后试样的致密度、强度和抗氧化性;高温埋炭热处理后,这些Al粉和Si粉反应生成AlN、Al_(4)C_(3)、SiC等非氧化物,增强了改性刚玉颗粒与基质的结合,提高了试样的抗热震性和强度。

超高频脉冲电流作用下纳米Al_(2)O_(3)颗粒对Mg-Gd-Y-Zr合金微弧氧化涂层的影响

目的进一步提高Mg-Gd-Y-Zr合金微弧氧化涂层的耐腐蚀性能。方法采用超高频微弧氧化技术在含有Al_(2)O_(3)纳米颗粒的溶液中制备了微弧氧化涂层。利用扫描电子显微镜(FESEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对微弧氧化涂层的表面形貌、截面形貌、成分和晶体结构进行分析。利用极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)测试了涂层的耐腐蚀性能。结果频率由0.5 kHz提升至20 kHz后,涂层表面放电孔洞面积由0.07~24.4μm^(2)降低至0.08~6.3μm^(2),涂层的孔隙率由6.47%减小至3.35%。Al_(2)O_(3)纳米颗粒的添加使超高频涂层表面形成大量自封闭孔洞结构,进而进一步降低了涂层表面的孔径面积(0.1~4.63μm^(2))和孔隙率(0.97%)。极化试验表明,提高频率至20 kHz,涂层的自腐蚀电流密度由4.7×10^(-6)A/cm^(2)降低至4.7×10^(-7)A/cm^(2),添加Al_(2)O_(3)纳米颗粒,涂层的自腐蚀电流密度进一步降低至1.7×10^(-7)A/cm^(2),表明其耐蚀性能显著提高。阻抗谱显示,20 kHz-Al涂层具有最大的阻抗,说明该工艺可有效提高微弧氧化涂层的耐蚀性能。结论超高频可有效降低放电孔洞尺寸,提高微弧氧化涂层的致密性,改善涂层的耐腐蚀性能。超高频与Al_(2)O_(3)纳米粒子的协同作用使涂层表面形成自封闭孔洞结构,进一步提高微弧氧化涂层的致密性和耐腐蚀性能。

助烧剂对微晶Al_(2)O_(3)刚玉磨料结构与性能的影响

采用溶胶-凝胶技术合成Al_(2)O_(3)刚玉前驱体,以SiO 2-MgO-CaO为烧结助剂,利用无压烧结技术制备微晶陶瓷刚玉磨料。研究了助烧剂成分、掺杂量对磨料微观结构和力学性能的影响。结果表明:MgO有助于片状晶的生成,CaO有助于等轴晶的生成,助烧剂成分的最佳物质的量比为n(SiO_(2))∶n(MgO)∶n(CaO)=2∶1∶2。晶粒尺寸随助烧剂掺杂量的增多而增大,单颗粒抗压强度和密度则先增大后减小,在掺杂量(质量分数)为2.0%时分别达到最大值43.6 N和3.92 g/cm^(3)。

Al_2O_3颗粒对SnAgCu焊点电迁移行为的影响

研究了在0.6×10~4A/cm^2电流密度下,A1_2O_3颗粒对Cu/SAC-A1_2O_3/Cu焊点基体组织及界面金属间化合物(IMC)层的影响规律。结果表明,SAC焊点组织随通电时间延长,由椭圆状转变为不规则的粗大块状,界面IMC层出现了显著的极化现象。SAC-A1_2O_3组织中共晶相仍呈近椭圆状弥散分布,无明显粗化现象,界面IMC层厚度也出现了极化现象,但相比于SAC焊点而言,极化程度较低。0.5wt%Al_2O_3的添加有助于提高Cu/SAC-Al_2O_3/Cu焊点抗电迁移可靠性。

热压制备的Al_2O_3颗粒增强铝基复合材料的研究

探讨了大气下用普通粉末冶金法热压制备Ａｌ＿２Ｏ＿３颗粒增强铝基复合材料的制备工艺研究了不同Ａｌ＿２Ｏ＿３含量铝基复合材料的显微组织、力学性能和磨损特性。结束表明：热压制备的Ａｌ＿２Ｏ＿３颗粒增强铝基复合材料的组织致密，颗粒分布均匀；随Ａｌ＿２Ｏ＿３体积百分含量的增加，复合材料的强度、硬度、弹性模量、磨损阻力均增加。还对其强化机制进行了讨论。

浅谈Al_(2)O_(3p)/钢铁基复合材料的研究现状及展望

陶瓷颗粒增强钢铁基复合材料以其高强度和高韧性的特点,加上耐磨、耐蚀、耐热等性能,已然成为金属基复合材料重要的研究领域之一。文章对Al_(2)O_(3p)/钢铁基复合材料的研究现状进行梳理及概述,重点介绍了粉末冶金法、原位合成法、液态浸渗法等制备方法。针对复合材料界面主要有四种方法,一是在增强颗粒表面进行镀层;二是在基体中添加活化元素,使之能与增强颗粒发生反应;三是原位反应自生成增强相;四是给预制体中添加活化物质,用以促使基体与增强颗粒界面进行结合。通过对目前存在的问题及原因进行分析,并对未来的应用前景进行了展望。

原位Al_(2)O_(3)变质与热处理对铸造过共晶铝硅合金组织和性能的影响

利用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X-射线能谱仪(EDS)、硬度计等测试手段,研究了在过共晶铝硅合金中加入CuO原位生成Al_(2)O_(3)对初晶硅的变质作用以及热处理对变质后的过共晶铝硅合金组织和性能的影响。结果表明:原位生成的Al_(2)O_(3)对过共晶铝硅合金的初晶硅的变质细化作用显著,同时生成的Al_(2)Cu型化合物作为增强相提高了过共晶铝硅合金的硬度。变质后的铝硅合金经过热处理后,针状的共晶硅球化,趋近于短棒状和球状,固溶8 h、时效8 h后合金硬度最大,可达维氏硬度HV 77.1,与热处理前相比,硬度增幅为1.3%。

Y_(2)O_(3)对等离子熔覆原位自生TiC复合涂层组织性能的影响

以Ni60A,C,Ti,Y_(2)O_(3)为熔覆粉末,利用等离子熔覆技术在35CrMnSi表面制备熔覆层。通过扫描电镜观察熔覆层的组织形貌,结合能谱分析和XRD衍射实验确定熔覆层的物相,测试涂层的显微硬度和耐磨性,研究不同质量分数的Y_(2)O_(3)对等离子熔覆原位自生TiC复合涂层组织性能的影响。研究结果表明:等离子熔覆层与基体界面呈良好的冶金结合,熔覆层内部由γ-Ni,TiC和Cr23C6物相组成;稀土Y_(2)O_(3)增加了TiC的形核率,使熔覆层表面的显微硬度和耐磨性显著增加,熔覆层表面最高硬度达到6 GPa。Y_(2)O_(3)质量分数为0.6%时,熔覆层表面的综合性能最好。

高压凝固原位自生Al_(2)O_(3)/Al复合材料微观组织与热膨胀性能研究

Al_(2)O_(3)颗粒增强铝基复合材料具有众多优异性能,使其成为汽车轻量化和电子封装等行业的首选材料。但随着Al_(2)O_(3)体积分数的增加,复合材料强度和硬度提升而塑韧性明显降低。主要是因为Al_(2)O_(3)强化相润湿性差而发生团聚现象。在Al-12Si粉末中添加不同含量的Fe_(2)O_(3)(1%与3%)粉末制坯。采用高压凝固(0.02,2.5和3 GPa)将坯料烧结。复合材料中Fe_(2)O_(3)与Al发生置换反应制得纳米级Al_(2)O_(3)颗粒。结果表明:复合材料由α-Al,β-Si,Fe_(2)O_(3)和新生成的Al_(2)O_(3)衍射峰组成,呈现“网状晶界+块状硅+基体”形貌。通过对“网状晶界”分析,发现网状晶界是由纳米级的Al_(2)O_(3)颗粒、部分未参与反应的Fe_(2)O_(3)以及反应生成的Fe相组成。在XRD图谱中无Fe相衍射峰是由于生成的Fe相含量较少并且其在Al中有一定的固溶度。另外,凝固的压力越高网状晶界越密集,Fe_(2)O_(3)含量越高网状晶界越明显。对比复合材料热膨胀系数第一次与第二次加热结果发现。第一次加热时,由于高压固溶的硅析出热膨胀系数(CTE)曲线有峰值出现。另外,由于Fe_(2)O_(3)自身的CTE值也较铝合金的小,加入Fe_(2)O_(3)含量高的材料的热膨胀系数反而较小。在第二次加热时,由于第一次加热后缓慢冷却,所以均无热膨胀系数峰值出现。并且第二次加热最大热膨胀系数值较第一次降低75%。

316L钢表面Fe-Al/Al_(2)O_(3)涂层的制备及其高温氧化行为

316L奥氏体不锈钢(简称316L钢)具有优良的高温力学、耐侵蚀等性能,在航空、核能等领域具有广泛应用。然而,316L钢在高温氧化环境下长期服役时,易产生开裂、剥落等缺陷而失效。采用热轧复合、退火热处理和原位氧化的方式在316L钢表面制备了Fe-Al/Al_(2)O_(3)高温抗氧化涂层,利用XRD、SEM、EDS等手段对试样的物相组成和组织形貌进行了表征,对比研究含有Fe-Al/Al_(2)O_(3)涂层的试样和316L钢的高温氧化行为。结果表明:316L钢和纯铝箔经热轧后,复合板界面的平均结合强度为54.47 N/mm^(2);铝/钢复合板经不同温度退火6 h后,发现750℃退火试样扩散层的厚度急剧增加,几乎占据全部铝层;选择750℃退火试样进行1 h的原位氧化,制得了Fe-Al/Al_(2)O_(3)涂层,其截面结构由表及里依次为Al_(2)O_(3)、FeAl_(2)、FeAl、α-Fe(Al)和Fe;原位氧化试样和316L钢分别经900℃空气氧化72 h后,发现二者的氧化过程均符合抛物线规律,而原位氧化试样氧化质量的增加仅为316L钢的1/11,具有优良的高温抗氧化性能。

Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_(4))_(3)原位包覆提升单晶三元LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)性能研究

高镍三元材料因其高容量、低成本而成为最具应用前景的正极材料,但其存在循环性能差、安全性不足等问题。使用溶胶-凝胶法,利用单晶高镍三元材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)(S-NCM)表面残碱,对S-NCM进行原位Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_(4))_(3)(LATP)包覆,制备了具有小于10 nm厚度的均匀包覆层的LS-NCM正极材料。在电化学测试中,LS-NCM表现出明显提升的倍率和循环性能,这主要归因于:(1)LATP原位包覆S-NCM可显著降低其表面残碱量;(2)LATP原位包覆S-NCM可提高其表面稳定性,阻止副反应的发生,防止晶内裂纹产生;(3)因LATP具有高离子电导率,LATP原位包覆可减小S-NCM的极化。

原位自生(TiB+La_(2)O_(3))/TC21钛基复合材料组织与性能分析

以TC21钛合金粉和LaB_(6)粉为原料,采用热压烧结制备原位自生(TiB+La_(2)O_(3))/TC21钛基复合材料以及TC21钛合金,利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪、维氏硬度仪、电子万能试验机等对比分析了复合材料和钛合金退火后的组织和力学性能。结果表明:复合材料和钛合金的组织均为网篮组织;LaB_(6)和Ti发生原位反应生成TiB及La_(2)O_(3)增强体,TiB呈短纤维状,La_(2)O_(3)有颗粒状、板条状、短纤维状多种形貌,且随LaB_(6)添加量增加La_(2)O_(3)颗粒长大及聚集;随着LaB_(6)添加量增加,复合材料维氏硬度和抗压强度升高而塑性下降。

疏水纳米Al_(2)O_(3)复合相变储能微胶囊的制备及性能

微胶囊化相变材料可以有效地防止相变材料在熔融相变过程中的泄漏和侵蚀,在蓄热和调温领域具有广阔的工业应用前景。以掺杂疏水纳米Al_(2)O_(3)(H-Al_(2)O_(3))的正十四醇(TD)为芯材、三聚氰胺-尿素-甲醛(MUF)树脂为壳材,采用原位聚合法制备了一种新型的相变储能微胶囊。研究了H-Al_(2)O_(3)添加量对相变微胶囊形貌和热性能的影响,采用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、扫描电镜/X射线能谱仪、差示扫描量热法、热重分析仪和多路温度巡检仪对制备的改性微胶囊进行了表征。结果表明,掺杂的H-Al_(2)O_(3)的相变微胶囊呈规则球形,表面致密;当H-Al_(2)O_(3)的质量分数(相对于正十四醇)为4%时,微胶囊的包覆率(封装效率)最高达到76.29%,熔融热焓为165.4 J/g;纳米Al_(2)O_(3)的掺杂提高了相变微胶囊的热稳定性,同时改善了其储热调温性能。

(WC+SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料载流摩擦磨损行为

目的研究相同载流条件下纳米Al_(2)O_(3)颗粒、微米WC颗粒和SiC晶须对(WC+SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料表面摩擦磨损性能的影响。方法采用粉末冶金法和内氧化法相结合的方式,制备了(WC+SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料,并利用HST-100高速载流摩擦试验机进行载流摩擦磨损性能测试。采用透射电镜和扫描电镜观察复合材料的显微组织和载流摩擦磨损表面形貌。研究不同的增强相对(WC+SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料磨损性能的影响,分析其磨损机理。采用AUTOGRAPH AG-I 250 kN拉伸设备对试样进行拉伸,并分析抗拉强度与磨损性能的变化关系。结果(1WC+2SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料的硬度和极限抗拉强度相较于Cu-Al_(2)O_(3)复合材料分别提高了20.2%和12.7%。(1WC+2SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料的摩擦系数最小,为0.33,相对Cu-Al_(2)O_(3)复合材料降低了42.1%。(1WC+2SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料表面磨损形貌最为光滑,无大面积电弧烧蚀现象,犁沟数量少且浅。结论(WC+SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料的磨损机理主要是粘着磨损、磨粒磨损和电弧烧蚀;纳米级Al_(2)O_(3)颗粒、微米级WC颗粒和SiC晶须三者协同强化铜基体,提高了复合材料的强度和硬度,从而降低了铜基复合材料的摩擦系数和磨损率。WC颗粒和SiC晶须采用合适质量配比时,可以有效地改善Cu-Al_(2)O_(3)复合材料的磨损情况。

γ-Fe_(2)O_(3)纳米颗粒尺寸及碳化气氛对碳化过程的影响

采用油酸铁热分解法制备出不同尺寸(4−19 nm)的γ-Fe_(2)O_(3)纳米颗粒,在350℃下,于5%CO/He、5%CO/10%H_(2)/He和5%CO/20%H_(2)/He的三种气氛中,使用原位XRD反应装置研究了γ-Fe_(2)O_(3)纳米颗粒的碳化过程与物相变化规律,同时结合Raman、CO-TPR和TEM等手段对样品进行了表征。结果表明,γ-Fe_(2)O_(3)纳米颗粒完全碳化后会形成稳定比例的χ-Fe5C_(2)和θ-Fe_(3)C的混合相;在相同碳化气氛下,随γ-Fe_(2)O_(3)颗粒尺寸增大完全碳化所需时间缩短,尺寸较小的γ-Fe_(2)O_(3)颗粒表面残留炭较多,会抑制碳化反应进程,碳化相中θ-Fe_(3)C相对含量随γ-Fe_(2)O_(3)纳米颗粒尺寸增大而增高;相同尺寸的γ-Fe_(2)O_(3)颗粒在不同气氛下碳化,完全碳化所需时间随H_(2)分压增大先缩短后略有延长,碳化相中θ-Fe_(3)C相对含量随H_(2)分压增大而增高。通过调节γ-Fe_(2)O_(3)颗粒尺寸和碳化气氛可定向制得合适比例的χ-Fe5C_(2)和θ-Fe_(3)C混合相,这一结果有益于费托合成铁基催化剂中的铁碳化物活性相结构的优化。