颗粒陶瓷增强钛基复合材料磨削表面形貌仿真与试验研究

使用Deform-3D软件开展了单颗金刚石磨粒磨削颗粒陶瓷增强钛基复合材料的过程仿真,研究了复合材料磨削亚表面裂纹的萌生与扩展规律以及不同工艺参数对磨削表面形貌的影响;开展了树脂结合剂金刚石砂轮磨削复合材料的实验,分别研究了不同陶瓷颗粒粒度与磨削工艺参数对磨削表面形貌的影响规律,对不同工艺参数下的磨削表面粗糙度进行测量与分析。结果表明,试验结果与仿真结果较为一致;陶瓷颗粒粒度为40μm的复合材料磨削表面质量明显高于陶瓷颗粒粒度为80μm的复合材料。当砂轮线速度为25m/s、进给速度为12m/min时,磨削表面质量最优;在沿复合材料激光制备方向上的磨削表面粗糙度受砂轮线速度和工件进给速度的双重作用,而垂直于激光制备方向,表面粗糙度随砂轮线速度的增加或工件进给速度的降低而有所减小。

陶瓷增强钛基复合材料焊接的研究进展

陶瓷增强钛基复合材料(CTMCs)兼有高的比强度、比刚度及良好的耐磨性和抗高温氧化性,对其进行有效焊接,有助于加强其在航空航天、机械电子和医疗器械等领域的广泛应用。综述了CTMCs熔化焊、钎焊和固相扩散焊,以及这3种焊接的国内外研究进展,着重回顾了熔化焊焊缝增强体的分布特征、钎料/母材界面行为及扩散焊焊缝孔隙度与接头力学性能之间的关系。并结合具体的焊接工艺,归纳了熔化焊电极移动速度、钎焊和固相扩散焊焊接温度以及保温时间对接头界面行为和力学性能的影响规律。最后,认为需要加强CTMCs的异材连接、界面反应层形成的热力学和动力学,以及界面微结构与接头服役性能(如强度和耐高温性)的关联性研究。

旋转超声加工对TiBw网状钛基复合材料表面残余应力的影响

为研究不同切削条件下旋转超声加工对材料表面残余应力的影响,选取硼化钛晶须(TiB whiskers,TiBw)网状钛基复合材料为实验对象,使用镍基电铸金刚石砂轮进行旋转超声加工,并分析了加工后材料的表面残余应力。结果表明:由于钛基复合材料具有网状结构和优异的高温性能,使切削热和微观相变产生的残余应力较小,磨粒机械作用产生的残余应力更大。随着超声振动的引入,磨粒高频冲击工件表面,使旋转超声加工工件表面残余应力均大于普通磨削。在主轴转速n=9000 r/min,进给速度v f=8 mm/min,加工深度a p=25μm的加工参数下,旋转超声加工工件表面存在-540 MPa的残余压应力,随着主轴转速增大,残余应力显著减小,并且残余应力的影响层深度逐渐减小。超声振动的引入增大工件表面残余压应力,提高材料抗疲劳性能。

热处理固溶耦合强化近α钛基复合材料及其制备方法

申请号:CN202410022128.1申请日:2024-01-08公开(公告)日:2024-04-05公开(公告)号:CN117821871A申请(专利权)人:西安稀有金属材料研究院有限公司摘要:本发明公开了一种热处理固溶耦合强化近α钛基复合材料及其制备方法,该方法包括:(1)将近α钛基粉体与炭黑粉末、Ta C和Nb C陶瓷粉末球磨混合;(2)放电等离子体烧结;(3)高温固溶热处理并淬火;(4)时效热处理并冷却;(5)热轧。使用α-Ti稳定元素C和β-Ti稳定元素Ta、Nb作为添加元素,配合采用高温固溶热处理及时效热处理工艺,通过调节增强相的尺寸、形貌和分布实现各部分之间的耦合强化,提高钛合金基体的强度,改善钛合金基体和陶瓷相的物理兼容性,从而提高近α钛基复合材料的力学性能。

原位合成TiB和TiC混杂增强钛基复合材料的研究进展

原位合成TiB和TiC混杂增强钛基复合材料凭借其高比强度、高比刚度、低密度、优异的耐腐蚀性和耐热性等受到广泛关注。从基体与增强体的选择、引入方法、反应体系、微观形貌以及力学性能等方面,综述了目前原位合成TiB和TiC混杂增强钛基复合材料的研究现状,并对其未来发展进行展望。

石墨烯增强钛基复合材料界面调控及强韧化机理研究进展

高超声速飞行器等航空装备的快速发展对钛合金综合性能及应用水平提出更高要求。采用传统热工艺技术制备钛合金的性能已经接近或达到理论极限。传统技术很难大幅提高钛合金的综合性能,探寻石墨烯技术改性钛合金成为一个重要发展方向。然而,钛合金中石墨烯的界面反应控制难度大,如何获得具有良好结合强度的石墨烯/钛界面是石墨烯增强钛基复合材料性能提升的基础与关键。本文在分析制约石墨烯增强钛基复合材料发展系列问题基础上,重点介绍石墨烯增强钛基复合材料微观组织、界面特征以及静态/动态力学性能、摩擦磨损、抗氧化性能和石墨烯强韧化机理等方面的研究进展,探讨现阶段解决石墨烯增强钛基复合材料分散均匀性、界面结合性和组织致密性的方案和优缺点,最后指出该类型材料在界面调控、大规模制备和性能稳定性等方面技术面临的挑战,并提出该类型材料发展应与理论计算技术、先进制备技术和特种功能应用相结合,深化界面优化设计和可控制备,拓宽应用领域。

颗粒增强钛基复合材料磨削试验与仿真研究

采用单层钎焊CBN砂轮开展了颗粒增强钛基复合材料(PTMCs)磨削试验,对比研究了在磨削TC4钛合金和PTMCs时,磨削用量对磨削力与磨削温度的影响规律,利用有限元仿真研究了PTMCs材料去除演变过程。结果表明,磨削过程中PTMCs的磨削力较TC4增加了15%~30%,磨削温度提高了7%~11%,PTMCs比TC4钛合金更难加工;PTMCs材料去除过程为TC4基体材料的延性去除和Ti C增强颗粒的脆性去除,脆性去除形成了磨削表面孔洞缺陷;当磨削速度从120 m/s降到20 m/s时,磨削表面孔洞缺陷深度由0.8μm增至3.5μm,增加了约3.4倍;提高磨削速度可以降低增强颗粒脆性去除对PTMCs磨削表面孔洞缺陷的影响程度。

基于Al-B-C烧结助剂的SiC_(nf)增强SiC陶瓷基复合材料制备及性能研究

以单晶碳化硅纳米纤维(SiC_(nf))为增强体,以铝(Al)粉、硼(B)粉和超细炭黑为烧结助剂,通过化学气相沉积及浸渍裂解工艺在SiC_(nf)上制备了PyC、BN双层界面包覆层,采用热压烧结法制备SiC_(nf)增强SiC陶瓷基复合材料(SiC_(nf)/SiC-CMC)。实验结果表明,Al-B-C烧结助剂在1850℃生成了液相Al8B4C7,促进了SiC陶瓷的致密化,提高了复合材料致密度。当烧结助剂含量为10wt.%时,随着Si Cnf含量的增加,复合材料内孔隙增多,致密度降低,抗弯强度和断裂韧性先增大后降低。当SiC_(nf)含量为10 wt.%时,复合材料的力学性能达到最优,抗弯强度和断裂韧性分别为414 MPa和9.65 MPa·m1/2,相较于未添加SiC_(nf)的热压烧结SiC陶瓷,其韧性提高了93.8%。微观结构分析表明,SiC_(nf)主要通过纤维拔出的方式来增加裂纹扩展时的能量消耗,达到提升陶瓷断裂韧性的效果。

陶瓷颗粒增强钛基复合材料的研究进展

陶瓷颗粒增强钛基复合材料具有高比强度、低密度、高弹性模量等特点,成为钛基复合材料发展领域新的研究热点。系统地介绍了陶瓷颗粒增强钛基复合材料的最新研究进展和发展趋势,重点论述了该类复合材料组分的选择与改善匹配性的措施,并简要介绍了几种常用的制备方法,包括金属粉末注射成形法(MIM)和原位合成法(In-Situ)及其与传统制备方法结合形成的新工艺。

一种颗粒增强钛基复合材料增强体分布结构均匀性控制方法

申请号:CN202211219482.0申请日:20220930公开(公告)日:20230103公开(公告)号:CN115555570A申请(专利权)人:中国航发北京航空材料研究院摘要:本发明涉及一种颗粒增强钛基复合材料增强体分布结构均匀性控制方法,主要包括以下步骤:选配增强体和基体粉末、低能球磨、超声波洗筛、制备包套、热等静压致密化等。本发明基于大颗粒塑性基体粉末和小颗粒高硬度增强体粉末的混合粉末体系,在精准设计合理配比的条件下,采用低能球磨工艺和超声波洗筛措施。

连续陶瓷SiC纤维增强钛基仿生叠层复合材料热加工工艺研究

以韧性金属Ti箔、连续陶瓷Si C纤维、金属间化合物Ti2AlNb箔为原材料,对箔-纤维-箔进行了单元堆叠,采用真空热压和陶瓷SiC纤维编织技术制备了不同热加工工艺参数下的连续陶瓷Si C纤维增强钛基仿生叠层复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)对制备态复合材料微观组织形貌和各组元间界面元素分布进行了分析。结果表明,当热加工工艺参数为920℃/30 min/40 MPa时,复合材料各组元间实现理想冶金结合,陶瓷SiC纤维均匀等距分布于韧性金属Ti基体中,韧性金属Ti箔与金属间化合物Ti2AlNb箔通过元素扩散实现了理想冶金结合。

钛基复合材料加工技术研究进展

从传统机械加工、复合能场加工、锻造加工以及增材制造等方面综述了钛基复合材料(TiMMCs)的加工技术研究现状与进展,重点阐述了不同加工技术下TiMMCs的加工机理,并总结了不同加工工艺加工TiMMCs的特点。针对当前研究存在的主要问题,对未来TiMMCs加工技术的发展趋势进行了展望。

C/SiC陶瓷基复合材料研究与应用现状

碳纤维增强碳化硅(C/SiC)陶瓷基复合材料具有低密度、高强度、耐高温、耐磨等综合性能,已成为重要的热结构材料体系之一,目前已成功应用于航空发动机热结构部件、飞行器热防护系统、制动系统以及核结构部件等。本文主要综述了C/SiC陶瓷基复合材料在制备方法和应用领域的研究进展,介绍了一系列具有代表性的C/SiC复合材料的制备方法,重点关注多种制备方法相结合的混合工艺,概述了C/SiC复合材料在航空航天热结构和热防护、刹车材料、空间相机结构等领域的应用,展望了更优异的混合制备工艺以及针对不同应用要求的复合材料新体系,以便为今后C/SiC陶瓷基复合材料的进一步研究提供参考。

TiC颗粒增强钛基复合材料的形变

研究了 Ti C颗粒增强钛基复合材料增强颗料和基体之间的不均匀形变 ,得出颗粒和基体之间在形变过程中产生形变摩擦阻力 ,通过弹塑性力学计算出的 Ti C/ Ti界面上颗粒阻碍基体变形力为 Ti C强度的 0 .6倍 ,阻碍基体中滑移的进行 ,使基体得到强化。另一方面 ,当界面上的形变应力同基体的某个晶面形成位错源时 ,可放出位错环 ,使应力得到释放 ,同时增加基体的位错密度 ,位错互相缠绕形成胞状亚结构 ,强化基体。

高温钛合鑫和颗粒增强钛基复合材料的研究和发展

回顾了高温钛合金的研究和发展历程，指出了现代高温钛合金进一步发展需要解决的主要难题；综述了颗粒增强钛基复合材料的研究现状，按照基体的选择、增强相的选择和制备工艺３个方面，阐述了颗粒增强钛基复合材料设计中的基本任务；最后对今后的发展趋势进行了展望。

TiC颗粒增强钛基复合材料的形变断裂

通过对 Ti C颗粒增强钛基复合材料断裂研究表明 :Ti C颗粒的缺陷比例对复合材料的断裂裂纹扩展速率有较大影响。形状规则且无缺陷的粒子在受力的初期不易破断 ,可较大提高裂纹扩展所需能量。反之 ,易破碎的粒子则增加了裂纹尖端的扩展应力 ,提高了裂纹扩展速率。适当的热处理可提高裂纹扩展所需塑性功 ,从而在一定范围内改善复合材料塑性。

粉末冶金颗粒增强钛基复合材料研究进展

颗粒增强钛基复合材料具有优异的力学性能 ,粉末冶金技术在制备颗粒增强钛基复合材料上有很大优势。本文从钛合金基材、颗粒增强相选择及制备工艺与性能等方面综述了粉末冶金颗粒增强钛基复合材料的研究进展 ,指出提高密度、降低成本是粉末冶金颗粒增强钛基复合材料的发展方向。

颗粒增强钛基复合材料研究进展

综述了颗粒增强钛基复合材料的研究现状,从增强体、基体合金选择,材料制备方法,机械性能,应用前景等各方面,详细阐述了颗粒增强钛基复合材料的特点,并指出了今后颗粒增强钛基复合材料的研究方向。

颗粒增强钛基复合材料的制备与性能

综述了颗粒增强钛基复合材料的制备方法，比较了它们与钛合金的机械性能，说明了研究颗粒增强钛基复合材料的重要价值。

自生颗粒增强钛基复合材料的研究进展

从钛合金基体和增强相的选择、ＴＭＣｓ 的制备方法、ＴＭＣｓ 的微观组织和界面结构、ＴＭＣｓ 的性能和ＴＭＣｓ 的应用５ 个不同方面叙述了自生颗粒增强型钛基复合材料的研究进展。重点介绍了熔铸法、ＸＤＴＭ法、燃烧合成法、燃烧合成熔铸法制备ＴＭＣｓ 的基本工艺、优缺点和发展。同时对复合材料的组织、界面反应情况和力学性能进行了综述。最后对ＴＭＣｓ 应用情况也做了简单的叙述。