热压复合制备Ti-Al_3Ti层状复合材料组织结构研究

采用热压复合工艺在不同工艺参数下制备了Ti-Al3Ti层状复合材料,利用SEM和EDS对材料的组织结构进行了观察,研究了热压复合工艺参数对Ti/Al扩散反应及反应层微观组织结构的影响规律.结果表明,在不同工艺参数下,Ti/Al叠层热压复合反应的初生相均为Al3Ti.600℃时Ti/Al叠层只发生少许反应,在界面处生成一薄层Al3Ti,650和700℃时,Al层完全反应,各层界面处结合状态良好,层间结合紧密.650℃时Al3Ti为唯一生成相,但700℃时,由于反应动力学的影响Al3Ti/Ti层之间有TiAl层生成,Ti-Al系金属间化合物的生成顺序为Al3Ti→TiAl.反应过程中液相的存在能够使Ti、Al持续紧密接触,加快反应速度,促进反应顺利进行.

Al_2O_3/Ti_3SiC_2层状复合材料的制备与性能

采用两种方法制备Al2O3/Ti3SiC2层状复合材料,一是原位-热压法,即Ti3SiC2是在层状材料的制备过程中同时被合成的;一是分步法,即制备过程分两步进行,首先制备出Ti3SiC2高纯粉,再采用热压法进行烧结制备层状材料。两种方法制备的Al2O3/Ti3SiC2层状复合材料强度保持在450MPa以上,断裂功达到1200～1560J/m2,相对Al2O3块体材料提高十余倍。另外,不同的制备方法得到不同的组成和显微结构,决定了这两种Al2O3/Ti3SiC2层状复合材料性能的差异:前者强度较高韧性较低,后者强度较低而韧性较高。

基于解析法的Ti/Al_3Ti层状复合材料断裂力学分析

基于梁的纯弯曲理论与裂纹扩展能量原理,利用四点弯曲模型,推导出Ti/Al_3Ti层状复合材料裂纹能量释放率间的关系式,再编制计算机程序对其断裂力学性能进行数值模拟与分析,探讨了材料层数、层厚比等参数对Ti/Al_3Ti层状复合材料断裂功的影响。结果表明,该解析方法适用于分析Ti/Al_3Ti层状复合材料主裂纹扩展的力学行为,并为研究其他金属间化合物基层状复合材料断裂性能提供参考。

Ti/Al3Ti层状复合材料层间断裂性能研究

金属间化合物基层状复合材料Ti/Al_3Ti是采用Ti-6Al-4V箔和Al箔按照一定顺序叠加后,在真空环境下热压烧结成由韧性金属Ti和金属间化合物Al_3Ti组成的叠层结构。利用ENF(End-Notch-Flexure)和MMF(Mixed-Mode-Flexure)测试方法,对Ti/Al_3Ti层状复合材料的Ⅱ型及Ⅰ+Ⅱ型层间断裂能、层间断裂行为以及能量释放率等方面进行了研究。结果表明,Ti/Al_3Ti层间断裂时,裂纹在复合材料界面处发生起裂,而在传播过程中发生偏转,最终导致Al_3Ti层开裂。由此可见,在实验过程中裂纹的表现形式是在Ti/Al_3Ti界面及Al_3Ti层中共同扩展;Ⅰ+Ⅱ型层间起裂能量释放率G_(Ⅰ+Ⅱ)为46 J/m^2,Ⅱ型层间起裂能量释放率G_Ⅱ为1453 J/m^2,表明Ⅱ型层间断裂比Ⅰ+Ⅱ型层间断裂更困难。

基于物质点法Ti/Al_(3)Ti层状复合材料抗斜侵彻性能研究

为研究Ti/Al_(3)Ti层状复合材料在弹体斜侵彻下的防护性能以及解决有限元法模拟侵彻过程存在的网格畸变问题,利用物质点法建立了弹体侵彻Ti/Al_(3)Ti层状复合材料的数值模型,模拟了弹体侵彻Ti/Al_(3)Ti层状复合材料的过程,得到的弹道冲击靶板应变云图和弹体剩余速度时程曲线与已有文献结果对比,吻合较好。并基于物质点法模拟了卵形弹以不同入射角度侵彻Ti/Al_(3)Ti层状复合材料的过程。当弹体入射角度θ从0°增加到45°时,弹体垂直靶板方向弹体剩余速度减少,Ti/Al_(3)Ti层状复合材料的能量吸收率从43.4%增加至99.9%。且当弹体入射角度为45°时,发生了明显的跳弹现象。结果表明:随着弹体入射角度的增加,Ti/Al_(3)Ti层状复合材料的抗斜侵彻性能提升。

Ti-Al_3Ti层状复合材料的研究现状与发展

概述了Ti-Al3Ti层状复合材料的国内外研究现状,着重论述了压力加工复合材料的制备技术,同时归纳了Ti-Al3Ti层状复合材料的微观组织及力学性能方面的研究,发现材料微观组织结构可控并具有高的强度和断裂韧性。此外还从材料制备、成形、设计及模拟的角度对这种新型层状复合材料的研究方向提出了进一步的想法。

金属间化合物基层状复合材料Ti/Al_3Ti制备技术及其研究进展

新型金属间化合物基层状复合材料Ti/Al3Ti具有高强度、高模量、高刚度、低密度以及高的断裂韧性等优异性能,在航空航天、武器装备及地面军用车辆的装甲防护系统等方面有着广阔的应用前景。迄今为止,针对金属间化合物基层状复合材料Ti/Al3Ti的制备,人们发展了冷轧、热轧、脉冲电流热压、真空烧结、无真空烧结和爆炸焊接等制备技术。概述了国内外对新型轻质高性能金属间化合物基层状复合材料Ti/Al3Ti的研究现状,着重阐述了金属间化合物基层状复合材料Ti/Al3Ti制备技术的工艺原理及其特点,为Ti/Al3Ti的发展和应用提供基础。最后从不同研究方向展望了金属间化合物基层状复合材料Ti/Al3Ti未来的主要研究趋势。

1060Al/Al-Al_(2)O_(3)/1060Al层状铝基复合材料热变形模型对比分析

采用Gleeble-3500热模拟试验机在变形温度为25~400℃、应变速率为0.01~10s^(-1)和真应变为0.85的条件下,对1060Al/Al-Al_(2)O_(3)/1060Al层状铝基复合材料进行了热压缩试验,研究其热变形行为,建立了应变补偿的Arrhenius (SCA)、修正的Johnson-Cook (MJC)和修正的Zerilli-Armstrong (MZA) 3种本构模型,并对流变应力的预测值与实验值进行对比。结果表明,层状复合材料流变应力呈加工硬化型,并随温度升高或应变速率降低而降低;在100℃/0.5s^(-1)、200℃/0.1s^(-1)和300℃/0.1s^(-1)条件下,层状复合材料组元层间变形较为协调;3种本构模型中,MZA模型的相关系数最高,R为0.99085、平均绝对相对误差最低,e_(AARE)为0.046966,更适合描述1060Al/Al-Al_(2)O_(3)/1060Al层状铝基复合材料的热变形行为。

MoS2/Ti3C2Tx异质复合材料的制备及电化学性能研究

利用水热法合成了MoS2/Ti3C2Tx异质复合材料,采用SEM、XRD、XPS和电化学工作站对所制样品的形貌、结构、成分和电化学性能进行了表征。结果表明,当Ti3C2Tx引入量为30 mg时,所制MoS2/Ti3C2Tx异质复合电极具有最优的电化学性能和较好的循环稳定性,在1 A/g电流密度下的比电容达到262.54 F/g,且经10 000次循环后仍保持82.1%的初始比电容。

原位反应法制备Al/Al_3Ti复合材料组织和性能

本研究采用一种新型的原位反应工艺，使ＴｉＯ２粉剂与纯铝熔体反应，生成Ａｌ３Ｔｉ颗粒，然后采用搅拌铸造法制备Ａｌ／Ａｌ３Ｔｉ复合材料。生成的Ａｌ３Ｔｉ颗粒尺寸细小，为２～３μｍ，而且分布均匀，与基体结合好。当ＴｉＯ２加入量为纯铝基体的３０ｗｔ％、反应温度为９２０℃时，复合材料的抗拉强度比纯铝基体提高７１．５％，硬度提高１３４％，而延伸率较纯铝稍有下降。

高能超声对原位合成Al_3Ti/6070复合材料凝固组织的影响及机制

以Al-K2TiF6为反应体系,采用熔体反应法,在高能超声场下原位合成Al3Ti/6070复合材料。采用XRD、SEM、EDS等手段研究不同超声参数如超声时间和超声强度对Al3Ti/6070复合材料增强体形貌及尺寸的影响。建立了超声作用下熔体中颗粒行为模型,并对其机制进行了探讨。结果表明:在一定的超声强度下(0.66kW/cm2),颗粒尺寸随超声作用时间的延长(1～7min)先减小后增大,当作用时间为3min时,颗粒最细小,尺寸为1～2μm,形貌主要为小块状或短棒状;当超声作用时间大于3min时,颗粒数量随时间增加而急剧减少;在相同的超声作用时间(3min)下,颗粒尺寸随超声强度的增加而减小,当超声强度为0.82kW/cm2时,颗粒尺寸为0.5～1μm,颗粒形貌主要为小块状或粒状,当超声功率大于0.82kW/cm2时,颗粒数量随超声功率增加而急剧减少。高能超声作用下Al3Ti/6070复合材料的最佳制备工艺为:超声强度0.66～0.82kW/cm2,超声作用时间3min。

Ti/Al_2O_3复合材料性能研究

本文利用放电等离子烧结技术制备了致密的Ti Al2 O3复合材料。实验结果表明 ,6 0vol%Al2 O3和80vol%Al2 O3的Ti Al2 O3复合材料 ,界面处生成少量的TiAl,使得Ti与Al2 O3间的界面能大于其单个晶粒的界面能 ,复合材料性能随Ti含量的增加而增大 ;4 0vol%Al2 O3和 2 0vol%Al2 O3的Ti Al2 O3复合材料 ,界面处生成脆性的Ti3Al相 ,使得Ti与Al2 O3间的界面能小于各自晶粒的界面能 ,材料的性能随Ti含量的增加而降低 ,同时断裂的模式也发生改变 ,由穿晶断裂为主转变为沿晶断裂 ,脆性的Ti3Al相是Ti Al2 O3复合材料力学性能降低的主要原因。

原位生成AlN-Al_3Ti复合增强铝基复合材料研究

研究了AlN-Al_3Ti/ZL101原位复合材料的制备工艺,采用OM,SEM及TEM对该材料的微观结构进行了研究,用MTS800力性试验机测试了材料的力学性能。研究表明:在AlN-Al_3Ti/ZL101原位复合材料中,尺寸约为0 5μm的Al_3Ti增强相均匀弥散分布于α-Al晶粒内部,尺寸为30nm的AlN增强相弥散分布于共晶体内部。增强体使α-Al和共晶体明显细化,起到强化作用。AlN-Al_3Ti/ZL101原位复合材料中第二相在Al_3Ti与α-Al之间存在共格对应关系。AlN相作为共晶硅的异质晶核使共晶Si显著细化。经热处理后,AlN-Al_3Ti/ZL101复合材料的室温拉伸强度达到369 MPa,较基体材料有显著提高。

离心铸造法制备Al_3Ti/Al原位自生功能梯度复合材料

采用离心铸造法,用TiO2粉末与纯铝熔液原位反应生成Al3Ti颗粒增强相,获得了组织和性能在径向上呈梯度分布的Al3Ti/Al功能梯度复合材料。考察了材料的显微组织和硬度,Al3Ti颗粒和材料硬度在径向上由外向内呈梯度分布。研究分析了离心和转速、TiO2加入量和激冷强度对复合材料组织和硬度的分布梯度的影响。结果表明,这些因素对复合材料组织和性能分布梯度的影响较大。

反应合成Ti_3Al/TiC+Al_2O_3复合材料烧结过程热力学分析

将高能球磨后的Ti-Al粉末和TiC,Al2O3粉末混合进行热压烧结,在烧结的过程中反应生成金属间化合物为增强相的复合材料。通过对粉料的X射线衍射分析、热分析(DSC)和烧结体的成分分析表明,最终的金属间化合物只有Ti3Al而没有其它金属间化合物相。通过热力学计算,分析了反应烧结过程并发现在低温由固相间原子扩散控制生成TiAl3,TiAl,Ti3Al的渐进过程,和在高温下金属间化合物的合成机理,而且增强相和基体界面间处于稳定状态。

Ti-6Al-4V合金激光表面合金化制备Ti_5Si_3/Ti耐磨复合材料涂层研究

利用预涂 Si粉对 Ti- 6Al- 4V合金进行激光表面合金化 ,制得以初生及共晶金属间化合物 Ti5Si3为增强相的快速凝固“原位”耐磨复合材料表面改性层 ,研究了激光表面合金化 Ti5Si3/β- Ti耐磨复合材料表面改性层的显微组织及其在干滑动磨损及二体磨料磨损条件下的耐磨性能。结果表明 :利用 Si粉对 Ti- 6Al- 4V合金进行激光表面合金化处理后 ,合金层硬度及耐磨性大幅度提高。

高能球磨制备Al_3Ti/Al块体纳米晶复合材料

通过对Al Ti系和Al TiO2 系进行高能球磨和压制烧结制备了固态原位反应生成的纳米晶块体Al3Ti/Al复合材料。研究表明 :Al Ti合金系高能球磨后 ,各组元晶粒得到细化 ,并且Ti在Al中发生了强制超饱和固溶 ,烧结时原位反应形成纳米晶Al3Ti/Al复合材料 ;而Al TiO2 反应体系高能球磨仅发生组分晶粒细化 ,烧结时TiO2 部分还原并和Al原位反应生成纳米晶 (Ti2 O3+Al3Ti) /Al复合材料。

高能超声处理对原位Al_3Ti/A356复合材料显微组织和力学性能的影响

采用熔体直接反应法,以工业钛剂和A356合金为反应物,利用高能超声原位合成了Al3Ti/A356复合材料。利用X射线衍射与扫描电镜对该复合材料的微观组织和物相组成进行分析,并通过拉伸实验对该复合材料的力学性能进行测试。结果表明,经过高能超声处理后,复合材料中的Al3Ti颗粒尺寸较高能超声处理前明显变小,分布也更均匀。当超声功率为1.2kW/cm2,超声作用时间为360s时,颗粒尺寸最小,为0.5～2μm。复合材料的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到281.83、226.72MPa和5.6%,较未施加高能超声的复合材料分别提高了16.2%、10.3%和33.3%。

SiO_(2f)/SiO_2复合材料与TC4,Ti_3Al和TiAl的钎焊

在880℃/10min规范下,采用AgCuTi活性箔带钎料完成了SiO2f/SiO2/TC4,SiO2f/SiO2/Ti3Al和SiO2f/SiO2/TiAl三种接头的连接,每种接头界面均结合良好。接头显微组织结果表明,三种接头组织形貌较为相似,均在靠近SiO2f/SiO2母材的界面处形成了一层薄薄的扩散反应层组织,在该组织中出现了Ti和O的富集。分析认为,钎焊过程中钎料中的Ti会优先向SiO2f/SiO2母材边缘扩散,同时,金属母材中的元素在液态钎料的作用下不断向钎缝中溶解,其中一部分母材中的Ti也会向复合材料母材边缘扩散,两种不同来源的Ti共同与SiO2发生反应生成Ti-O相,根据三种接头扩散层中Ti和O的原子比例推断Ti-O相为Ti2O。三种接头的钎缝基体区主要由白色组织和灰色组织共同组成,其中白色组织中富含Ag,主要以Ag基固溶体形式存在,而灰色组织中富含Ti和Cu,二者结合生成Ti-Cu组织。

添加Al_2O_3对Ti_3SiC_2复合材料性能的影响

采用反应热压烧结法制备Ti3SiC2-Al2O3复合材料,研究热压温度和Al2O3含量对Ti3SiC2-Al2O3复合材料相组成、力学性能及抗氧化性能的影响。结果表明:采用反应热压烧结,可以在1450℃烧结得到致密度高、性能良好的Ti3SiC2-Al2O3复合材料。添加Al2O3可以起到第二相增强的作用,从而提高材料的强度。随着添加量的增加,复合材料的力学性能先提高后降低,当Al2O3添加量为20%(质量分数)时断裂韧性达最大值(7.10 MPa-m1/2),当Al2O3添加量为30%时抗弯强度达最大值(512 MPa)。Al2O3在高温下与TiO2反应生成具有耐高温和高抗热震性能的Al2Ti O5,可以有效提高Ti3SiC2基复合材料高温抗氧化性能。