多步法原位制备TiB2颗粒增强点焊电极用铜基复合材料及其应用

为提高点焊电极的使用寿命,采用多步法制备TiB2增强的铜基复合材料。采用X射线衍射(XRD)、金相显微技术、扫描电镜(SEM)等表征手段对多步法制备的TiB2增强的铜基复合材料物相、微观形貌进行分析。通过对复合材料力学性能指标测量发现,多步法制备所制备的铜基复合材料具有较好的综合力学性能,将多步法制备的铜基复合材料加工成点焊电极,其寿命测试结果相较于其它对比样最高,寿命达到1500个焊点,是普通铬锆铜点焊电极寿命的2.6倍。

原位合成TiB2／6351复合材料的高温压缩流变行为

在Gleeblc-1500D热模拟机上采用等温压缩实验，研究原位合成TiB2／6351复合材料在变形温度为300-550℃和应变速率为10^-3-10／s条件下的流变变形行为。结果表明：在实验范围内，该复合材料高温压缩时均存在稳态流变特征且属于正应变速率敏感材料；在低应变速率和较高温度条件下，随变形程度的增加，流变应力增加到峰值后缓慢下降，逐渐趋于平稳，呈现明显的动态再结晶特征；而在较高应变速率和较低温度下，呈现明显动态回复特征：可用包含Arrhenius项的Zener-Hollomon参数描述TiB2／6351复合材料高温压缩流变行为。通过线性回归分析和优化计算，得出流变应力口解析表达式中A、α和”分别为3．52×10^10／s、0．023 Mpa^-1和7．33，其热变形激活能Q为170．10kJ／mol。

热挤压原位合成TiB2／6351Al复合材料的组织性能

利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜和万能拉伸试验机等测试手段,研究了原位合成TiB2(wt,8%)/6351Al复合材料在热挤压前后的显微组织及室温拉伸性能。结果表明,热挤压变形有助于增强颗粒在基体合金中均匀分布,热挤压后TiB2颗粒与基体界面结合良好,未发现界面处开裂;热挤压变形时TiB2颗粒周围的基体合金中形成复杂的位错;基体合金发生再结晶和回复形成完整的等轴晶和亚结构,显微组织得到细化,基体合金再结晶的主要形核方式为增强体颗粒引起位错塞积区形核,亚晶吞并长大形核及应变诱发晶界迁移形核。热挤压复合材料基体合金具有较强的[111]织构。与铸态相比,热挤压后复合材料的屈服强度Rp0.2、抗拉强度Rm、伸长率A及布氏硬度显著提高。复合材料断口特征由热挤压前的韧性和沿晶的混合断裂,转变为以韧性断裂为主。

原位合成TiB_2/6351复合材料高温塑性变形行为的加工图

采用等温压缩试验法,研究原位合成TiB2(质量分数,8%)/6351复合材料在变形温度为300～550℃和应变速率为0.001～10s-1范围内的高温变形特性。根据动态材料模型(DMM)建立TiB2/6351复合材料的加工图。采用TEM观察压缩后试样的微观组织。结果表明:加工图上的1个失稳区出现在较高应变速率(约0.631～10s-1)区域,增强体颗粒和基体的界面处开裂甚至增强体颗粒本身发生破碎;TiB2/6351复合材料高温变形时的主要软化机制为动态回复和动态再结晶,在温度320～380℃、应变速率0.01～0.3162s-1区域内主要发生动态回复,功率耗散效率为17.5%～19.8%。在温度440～500℃、应变速率0.1～0.005s-1和温度500～550℃、应变速率0.1～0.001s-1范围为动态再结晶发生区域,功率耗散效率20%～25.6%。试验参数范围内,复合材料热变形的最佳工艺参数为:热加工温度为440～500℃,应变速率为0.1～0.005s-1。

(TiB_(2)+TiB)/Ti-22Al-25Nb复合材料的热变形行为与组织演变

以放电等离子烧结(TiB_(2)+TiB)增强Ti_(2)AlNb基复合材料为初始材料,在Gleeble-3800热模拟实验机上开展了(TiB_(2)+TiB)/Ti-22Al-25Nb复合材料的热压缩变形实验,研究了变形温度1060~1150℃、应变速率0.05~5 s^(-1)范围内复合材料的热变形行为。通过对流变应力-应变数据分析,构建了复合材料在B2单相区内的本构方程,分析了不同Zener-Hollomon(Z)参数下复合材料的组织演变规律。结果表明:(Ti B_(2)+TiB)/Ti-22Al-25Nb复合材料的峰值应力随变形温度的升高和应变速率的降低而降低,压缩曲线存在不连续屈服现象。Z值对复合材料的组织演变和变形机制均有重要影响。当ln Z值处于较高水平(35.88)时,复合材料出现局部塑性流动变形失稳区,动态再结晶程度较低,再结晶晶粒平均尺寸为3.82μm,增强颗粒粒径平均尺寸为6.93μm。当ln Z值处于较低水平(29.11~31.28)时,复合材料心部区域均发生完全动态再结晶。随着Z值降低,当ln Z为29.11时,动态再结晶晶粒长大,其平均尺寸增至9.16μm,并且由于B元素扩散的加快,促进了烧结残余TiB_(2)颗粒向Ti B晶须(Ti Bw)转变,原位反应更加充分,增强颗粒平均尺寸减小至2.77μm,TiBw的团簇现象明显减弱。

原位合成TiB_2/6351复合材料热压缩变形特性

采用Gleeble-1500D热模拟试验机对原位合成TiB2(质量分数,8%)/6351复合材料在不同变形温度和不同应变速率条件下的热变形特性进行了研究,利用透射电镜(TEM)和光学显微镜分析了压缩后试样的微观组织。结果表明,材料的流变应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的提高而增大;材料的流变行为主要表现为加工硬化、动态回复和动态再结晶;相应的显微组织特征为:位错网络、混乱的位错团和胞状结构,亚晶及等轴晶。在应变速率和变形温度均较低时,增强体颗粒周围的基体中形成高密度位错区,但随变形温度的升高而减少;在应变速率较高时,增强体颗粒和基体的界面处开裂甚至增强体颗粒本身发生破碎。

原位合成A356/TiB_2复合材料的微观组织及力学行为

采用混合盐反应工艺制备了A356/TiB2铝基复合材料,通过OM,XRD,SEM,TEM和力学拉伸试验等材料分析方法测试了所合成复合材料的微观组织和力学性能。研究表明:K2TiF6和KBF4混合盐在A356铝合金熔体温度850℃时反应生成的增强体为棒状和粒状TiB2,并在基体中呈均匀弥散分布,增强体与基体间未发生界面反应。由于原位TiB2颗粒的强化和细化晶粒作用,使复合材料的力学性能明显提高,经热处理后共晶Si发生球化。复合材料拉伸断口呈韧性断裂特征,增强颗粒与基体间界面的破坏以脱开机制为主。

原位TiB_2颗粒增强铝基复合材料及其力学性能

对原位反应合成TiB2/A356铝基复合材料微观组织和力学拉伸性能进行了研究。结果表明,原位反应生成的颗粒增强相在复合材料基体中分布均匀,基体与颗粒间的界面洁净。复合材料强度随着颗粒含量的增加显著提高,与基体合金相比,TiB2质量分数为8%的TiB2/A356复合材料强度和弹性模量的提高幅度约为28%,TiB2质量分数为16%的TiB2/A356复合材料强度和弹性模量的提高幅度约为35%。复合材料的断裂主要是由于基体与颗粒界面脱粘,在拉伸应力作用下由此萌生微裂纹并扩展,导致界面处的基体撕裂,从而降低复合材料塑性。

原位生长TiB_2增强Al复合材料的研究

将纯Al,Ti,B粉进行真空热压反应烧结,成功地制备了原位生长TiB_2增强Al复合材料。生成的TiB_2具有亚微尺寸,基本无点阵缺陷。这种复合材料具有高的室温强度和模量,以及良好的高温性能。

原位反应合成(TiB_2-Al_2O_3)/NiAl复合材料的微观组织

通过Ni、Al、TiO2和B203粉末之间的原位反应合成（TiB2-Al2O3）／NiAl复合材料，研究材料的物相组成和组织结构，并对典型组织的形成过程进行探讨。结果表明：反应产物由NiAl、TiB2和A1203这3种相组成。基体由NiAl和A1203组成，而TiB2颗粒规则，尺寸2～59m，呈簇状镶嵌在A1203中，少量弥散分布在NiAl基体上。分析认为TiB2的晶体结构、含量、所处NiAl熔体环境以及极快的冷却速度是影响其生长形态和分布的主要原因。

原位合成TiB_2/ZL109复合材料的高温蠕变行为

采用原位合成方法制备了TiB2超细颗粒增强ZL109复合材料,对材料进行了高温拉伸蠕变实验。实验结果表明,复合材料在高温恒应力条件下,表现出高的名义应力指数和高的名义蠕变激活能,优于纯Al和ZL109合金,而且比常规外加颗粒复合材料具有更好的高温蠕变性能。引入门槛应力概念,复合材料的蠕变实验结果能够用微观结构不变模型来解释,说明复合材料的蠕变受到基体点阵扩散的控制。复合材料的蠕变断裂行为可以用Monkman Grant经验公式来描述,蠕变断裂特征为延性断裂。

原位自生A356/TiB_2复合材料的组织与性能

通过混合盐法制备了原位自生TiB2颗粒增强A356复合材料.扫描电镜观察结果表明,制备的原位自生TiB2颗粒分布均匀,其最大尺寸在500nm左右,平均尺寸在200nm左右.高分辨透射电子显微镜观察结果表明,颗粒与基体之间界面结合良好、干净,无任何杂质相的存在.复合材料的抗拉强度和屈服强度较基体都有了明显提高;复合材料的阻尼性能明显高于基体合金的阻尼性能,其室温时的数值为0.018.该研究成功地实现了材料力学性能和阻尼性能的同时提高.

Cu-纳米TiB_2原位复合材料的摩擦磨损性能

采用销-盘式摩擦磨损试验机考察了Cu-纳米TiB2原位复合材料在滑动干摩擦条件下的磨损行为.结果表明:载荷和滑动速度对纳米TiB2颗粒原位增强Cu基复合材料的摩擦磨损性能有重要影响;随着载荷的增加,Cu-纳米TiB2原位复合材料的磨损率和摩擦系数增大;由于在较高载荷下发生表面开裂,TiB2增强相含量较高的原位复合材料的磨损由轻度磨损向严重磨损转化;在中等载荷下,表面保护性氧化膜和基体中纳米TiB2相使复合材料具有良好的抗软化能力,Cu-纳米TiB2原位复合材料的磨损率和摩擦系数随着滑动速度的增加而降低;在较高滑动速度下,复合材料的主要磨损机制为塑性流变和氧化磨损.

双熔体混合-快速凝固原位生成TiB_2/Cu复合材料的研究

利用双熔体混合-快速凝固的原位反应技术制备了Cu-纳米TiB2复合材料。用XRD、TEM等手段对TiB2/Cu复合材料进行结构分析。研究表明,铜基体中分布着尺寸约40 nm的TiB2颗粒,对Cu基体有良好的增强作用,同时对双熔体混合反应生成TiB2的热力学进行了讨论。

原位生成TiB_2/ZA27复合材料的制备与性能

以Al熔液为载体,采用原位反应生成形状规则、尺寸细小的TiB2颗粒相,再将TiB2颗粒传递到ZA27合金中,形成TiB2颗粒增强的ZA27复合材料。采用合理的熔炼工艺促进了TiB2颗粒在基体中的均匀分布。实验结果显示,TiB2颗粒在ZA27复合材料中,分布均匀,平均直径在3μm以下。TiB2颗粒的加入使得复合材料的晶粒明显细化,并随着TiB2颗粒含量增加,复合材料的抗拉强度、硬度明显提高,2.1%TiB2/ZA27复合材料与基体合金相比室温抗拉强度提高13%、布氏硬度提高21%,弹性模量也有所提高,在强度、硬度及弹性模量提高的同时,材料的塑性并未恶化,延伸率略有提高,另外,材料的热膨胀系数随着TiB2颗粒的加入有所降低。

原位合成TiB_2/Al-7Si复合材料的微观组织及摩擦磨损行为

采用混合盐反应工艺制备了TiB2/Al-7Si铝基复合材料,通过XRD、SEM、EDS和摩擦磨损试验等材料分析方法测试了所合成的复合材料的微观组织和耐磨性能。研究表明,内生TiB2颗粒分布均匀,平均尺寸约为400nm。TiB2颗粒对α-Al和共晶Si都具有显著的细化效果。复合材料的耐磨性能比基体合金有明显的提高,原因是表面形成了一层致密的机械混合层。TiB2颗粒在摩擦过程中起着抑制金属流动和支撑的双重作用。

原位内生颗粒增强TiB_2/7055铝基复合材料的组织

对原位内生Ti B2/7055铝基复合材料的微观组织和热处理特性进行了研究。结果表明,原位内生的Ti B2颗粒在基体中弥散分布,与基体界面结合良好。Ti B2/7055复合材料具有显著的时效强化行为,增强相Ti B2颗粒促进复合材料的时效析出行为,缩短硬度达到峰值的时间,热处理后硬度和抗拉强度等性能明显提高。确定了12 mass%Ti B2/7055复合材料最佳热处理制度为460℃固溶60 min,120℃时效20 h。

原位合成TiB_2/ZL109复合材料的力学性能

通过原位合成法成功制备了亚微米级TiB_2颗粒增强ZL109复合材料,测量了不同颗粒含量复合材料的弹性模量和25～400℃的抗拉强度(UTS)。结果表明,复合材料的弹性模量随颗粒含量提高而提高,颗粒含量15%(质量分数,下同)时,复合材料的弹性模量比基体合金提高了32%；抗拉强度也明显高于基体合金,10%TiB_2 /ZL109复合材料在260℃时的强度比基体合金提高了105MPa。

原位TiB_(2(p))/Fe复合材料的制备及其显微组织

利用Fe Ti B熔体反应制备了TiB2颗粒增强铁基复合材料,研究了该材料的显微组织。热力学分析表明,Fe Ti B熔体具有反应生成TiB2的可能性。试验结果表明,TiB2颗粒均匀分布于α Fe晶粒中,晶内TiB2粒子平均间距大于晶界。TiB2粒子尺寸大多为1～6μm,形状大多为接近等轴的多面体。

原位生成TiB_2/Al-Si-Mg复合材料的组织与性能

结合LSM法和MCR法原位反应生成TiB2 粒子增强Al Si Mg复合材料。研究发现 :原位生成TiB2 粒子呈等轴状且尺寸 <1μm ,大都均匀分布在共晶组织中 ,与共晶Si交织在一起 ,在α(Al)中只有少量的TiB2 粒子 ;原位TiB2 粒子可明显强化Al Si Mg复合材料 ,且随着TiB2 粒子数量的增加 ,强化效果也随之提高 ,而且延伸率也略有升高 ,如 6 %TiB2 /ZL10 4复合材料室温拉伸强度可达 2 96MPa ,延伸率为 5 .5 %;热处理 (T6)可将共晶Si由原先的连续棒状变为孤立的颗粒状 ,大幅度提高材料抗拉强度 ,使 6 %TiB2 /ZL10 4复合材料室温拉伸强度达386MPa 。