预合金化粉末制备钛基复合材料研究进展

钛基复合材料(TMCs)以其高强度、高比模量、优良的耐磨性和耐热性,成为航空航天等领域广泛使用的先进结构材料。粉末冶金(PM)和增材制造(AM)作为TMCs的常见先进制备工艺,因其具有高材料设计自由度和材料利用率而备受青睐。然而,这些工艺在增强相分布、尺寸及结构方面的局限性,使得TMCs的力学性能提升面临挑战。预合金化粉末为TMCs提供了新颖的增强相结构,可以将TiC、TiB等陶瓷颗粒细化至纳米级并均匀分布,显著细化材料,同时,还可以与一次粉末边界(PPB)网络结构结合,实现增强相的多级分布,为PM和AM工艺在优化TMCs的强塑性方面开辟新的途径。基于此背景,本文综述了利用预合金化粉末制备PM TMCs和AM TMCs的研究进展,介绍了预合金化粉末的制备工艺,并探讨了其带来的新型结构与性能优化效果。最后,总结了该工艺在当前阶段面临的突出问题,并展望了未来的研究方向和发展趋势。

机械合金化对Y_2O_3/Cr-Ni基复合材料力学性能的影响

采用机械合金化工艺和普通粉末冶金方法分别制备了Y_2O_3/Cr-Ni复合材料,研究了两种制备方法对Y_2O_3/Cr-Ni复合材料性能的影响.结果发现:机械合金化后,粉末的衍射峰宽化、衍射峰强度降低;经压坯烧结后制备的材料,其结构与普通粉末冶金制备的相比更均匀,致密化程度也更高,材料的室温硬度和抗拉强度都比传统粉末冶金法制备的材料要高.根据Larson-Miller参数方程对两种制备方法制备的氧化钇增强镍铬基复合材料的高温力学性能进行了模拟对比研究,高温模拟结果表明,试验材料的维氏硬度值和热处理参数P基本上是一种线性关系,说明Larson-Miller参数方程对镍基复合材料的寿命设计具有一定的适用性.高温热模拟后,机械合金化工艺制备的材料仍保持着良好的力学性能.

WSi_2/MoSi_2复合粉末材料的机械合金化合成

通过机械合金化和热处理工艺成功地制备了MoSi2 +5 0 % (摩尔分数x)WSi2 复合粉末材料 ,利用X射线衍射手段分析了相的形成过程 ,并从热力学和球磨能量角度比较了MoSi2 和WSi2 相生成的难易程度。球磨 40h后在高于 10 0 0℃热处理可获得 (Mo ,W )Si2 合金 ;因G0(MoSi2 ) <G0(WSi2 ) ,WSi2 相较MoSi2 难生成 ,其所需球磨能量分别为 12 0 2 40kJ/g和 30 .0 6

机械合金化制备新型Al基纳米复合材料的研究进展

利用铝基二元(Al-Mg)和三元(Al-Mg-Zr)粉末混合物通过机械合金化方法制备新型Al-Mg-Zr纳米复合材料。通过XRD和TEM/EDS分析了球磨和热处理后的粉末中相的演变。对于二元Al-Mg合金来说,Al(Mg)固溶体是主要的合金相,而非晶相几乎不可能形成。向Al-10Mg混合粉末中加入5at.%的Zr,除了生成Al(Zr,Mg)固溶体以外,还生成了一些自由的Mg。这些Mg在退火处理之后扩散到了Al3Zr金属间化合物中。最终得到的产物为由固溶体和金属间化合物组成的纳米复合材料,当Zr含量增加时,最终产物的结构稳定性和硬度将有相当大的提高。含35at.%Zr的氧化物相的存在可能是提高这种合金硬度的原因。

采用机械合金化工艺制备SiC质点弥散分布的Ti－6Al－4V复合粉末

对连续纤维增强和颗粒增强金属基复合材料的优缺点进行了评述。为制备ＳｉＣ质点弥散分布的Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ复合粉末采用了机械合金化工艺技术。用ＸＲＤ和ＳＥＭ研究了机械合金化过程中粉末形貌、粒度和晶体结构的变化。

Cu-Al-B_2O_3-TiO_2粉末机械合金化

利用XRD ,SEM和DTA等方法分析了Cu Al B2 O3 TiO2 粉末在机械合金化过程中的结构变化。结果表明 :Cu Al B2 O3 TiO2 粉末通过机械合金化可以形成Cu(Ti,B)及Al2 O3 和少量的TiCu3 粉末 ,Al2 O3 是通过机械合金化过程中局部的自维持反应形成的 ,并且有 6～ 12h的孕育期。在所研究的体系中 ,先产生 4Al+3TiO2 =3Ti+2Al2 O3 的自维持反应 ,此反应诱发了随后的 2Al+B2 O3 =2B +Al2 O3 自维持反应。球磨过程中局部的自维持反应与普通的自蔓延反应有相似的一面 ,其不同点主要是点燃温度低 ,点燃位置多。

连续网状结构Ti_(2)AlN/TiAl复合材料的制备及力学性能

采用高温气体渗氮法将氮引入TiAl预合金粉末中,然后采用放电等离子烧结法制备具有连续网络增强相结构的Ti_(2)AlN/TiAl复合材料。结果表明,复合材料的硬度明显高于TiAl合金的硬度,并随着氮化时间的增加而增加。该强化效果是粉末渗氮引起的固溶体强化、具有高硬度和弹性模量的连续网状Ti_(2)AlN相以及位错密度增加协同作用的结果。同时,与TiAl合金相比,Ti_(2)AlN/TiAl复合材料的抗压强度降低,这与氮化后直接形成的一部分Ti_(2)AlN颗粒和过多的增强相含量有关。

机械合金化制备TiCuNiSnTa非晶粉末的研究

采用机械合金化(MA)方法,选择Ti-Cu-Ni-Sn-Ta合金体系,通过高能球磨制备钛基非晶粉末。研究球磨时间对钛基混合粉末的形貌、组织结构演化和热稳定性的影响以及合金成分对非晶形成能力的影响,并对合成的粉末进行了XRD分析。结果表明,球磨时间对非晶的形成和晶粒细化有显著影响,球磨后粉末各组元呈均匀化弥散分布;成分为Ti64Cu11.2Ni9.6Sn3.2Ta12的合金具有较宽的过冷液相区,最终获得了Ti基非晶复合材料,而成分为Ti58.8Cu1.1Ni3.2Sn5Ta31.9的合金在高能球磨过程中没有发生非晶转变。

机械合金化制备纳米氮化铝增强铝基复合材料

用常规混粉及机械合金化(MA)方法制备了AlN/Al纳米复合材料,对其微观组织、宏观性能及微观缺陷进行了分析。结果表明:纳米AlN与Al的常规混粉工艺及高能MA工艺均可有效增强纯铝基体的强度;高能MA工艺可在较短时间内使纳米AlN均匀弥散于Al基体中,有效抑制纳米陶瓷颗粒的团聚倾向,但随MA的加强,材料的致密度及抗弯强度基本呈下降趋势。MA的强度较高会造成复合颗粒内部显微缺陷密度的急速增长,达到10^(9)数量级,因此降低复合粉末的烧结性,从而降低复合材料性能。

颗粒增强铝基复合材料粉末冶金制备方法(国外进展)

一、前言 近十几年来,由于航天航空等工业的发展,极大地推动了高性能铝合金及铝基复合材料的研究和应用。 高性能铝合金及颗粒增强铝基复合材料的制备,其方法大致可分为粉末冶金法和铸造法两类。由于用粉末冶金方法制备上述材料可获得许多优异的性能,所以,国外近年来对这两类材料的粉末冶金制造工艺的技术基础及制备工艺进行了大量的研究工作。 由于高性能铝合金与颗粒增强铝基复合材料的粉末冶金制备技术中有许多关键问题是相同的,如粉末原料的氧化、吸气及除气、模压成型、烧结、热压及热加工技术,甚至Al2O3（内在或外加）和SiC（外加）粒子分布的控制,均有许多共同之处,故本文将对铝合金及颗粒增强铝基复合材料的一般粉末冶金制备方法、热压、除气、氧化物颗粒分布的控制及粉末锻造等技术的国外进展作一综合介绍。 二、一般粉末冶金方法 在国外。

美国粉末金属公司微/纳米复合材料

MComPTM微/纳米复合层次结构超级金属使镁合金或铝合金具有很高的比强度。由于其多相组织,优于混合特性的简单叠加,使材料具有很高的强度和韧性,因此这种微/纳米组织备受关注。AlLiB-MComPTM是传统的金属基复合材料,由铝及其他2种高比刚度金属B和Li通过粉末冶金法制成。

机械合金化——一种崛起的粉末冶金法

当今世界,对材料性能的要求不断提高,随之相应的技术也日益翻新。在粉末冶金领域里,“机械合金化”应运而生,异军突起。如果说粉末热锻、热轧等热机械处理主要是对预成形坯的粉末制品的加工,以进一步减少孔隙。

细晶钨铜复合材料制备工艺的研究

将W 2 0 %Cu混合粉末在行星式高能球磨机中机械合金化 (MA)。经过一定时间球磨后可以得到W晶块尺寸 30nm左右的纳米粉末。测定了粉末晶粒尺寸、粉末的粒度、比表面、松装密度和振实密度等性能。粉末的晶块尺寸用XRD分析得出。研究了MAW 2 0 %Cu粉末烧结后的显微组织。研究表明 ,球磨后粉末在 12 0 0～ 130 0℃下烧结即可达到近全致密 ,相对密度在 99 5 %以上 ,拉伸强度达到 780MPa以上 ,伸长率大于 3 5 % ,钨晶粒尺寸在 1～ 2 μm左右。

(TiB_2+Al_2O_3)增强铜基复合材料的研究

研究了 Cu- Al- Ti O2 - B2 O3粉末在机械合金化和随后的烧结过程中结构的变化。结果表明 ,Cu- Al- Ti O2 - B2 O3粉末通过机械合金化可以形成 Cu (Ti、 B)及 Al2 O3和少量的 Ti Cu3粉末 ,Al2 O3是通过机械合金化过程中的自维持反应形成的。采用 Cu,Al,Ti O2 和 B2 O3作为原料 ,通过机械合金化和随后的加压烧结 ,可以制备性能较好的 (Ti B2+Al2 O3)

石墨/铜铬自润滑复合材料的制备和性能

通过机械合金化制备了Cu-Cr合金粉末,采用粉末冶金法制备了Cu-Cr-C复合材料。改变合金含量,探讨了复合材料的密度、硬度、抗弯强度、电阻率以及显微组织的变化情况。结果表明,随着铬含量的增加,复合材料的密度和抗弯强度先增大后减小,硬度逐渐升高。

WC/FY-1烧结锻造钢基复合材料性能

采用烧结锻造和合金化技术制备了WC/FY 1烧结锻造钢基复合材料,对材料的组织结构和性能进行了研究·结果表明,FY 1母合金的加入使FY 1烧结锻造钢的密度、强度、硬度及基体的耐磨性大幅度提高,冲击韧性下降·FY 1母合金在WC/FY 1钢的烧结过程中产生了部分液相,因而促进了致密化过程·WC的加入明显地提高了FY 1烧结锻造钢的耐磨性,其中15%WC/FY 1烧结锻造钢的磨损量仅为目前使用的导向辊材料W18Cr4V磨损量的1/5·所制备的WC/FY 1烧结锻造钢基复合材料达到高速线材轧机的导向辊用材的性能要求,因而有望在实际中获得应用·

连续纤维增强热塑性树脂基复合材料拉挤工艺研究与应用现状

拉挤工艺是一种能够经济的连续生产复合材料的典型制造工艺，它不但具有其它成型方法的优点，而且还具有其它工艺所不具备的优点，如生产效率高，重复性好，长度可任意切断，省原料、省能耗等。本文简要介绍了连续纤维增强热塑性树脂基复合材料拉挤工艺研究与应用的现状，包括目前国内外主要的拉挤工艺，以及拉挤工艺过程的若干工序。

Ti6Al4V预合金粉末制备与研究

以乙醇为过程控制剂,采用机械球磨法制备Ti6Al4V预合金粉末,借助X射线衍射、扫描电子显微镜(SEM)和透射电镜(TEM),研究不同球磨时间的Ti6Al4V预合金粉末的相组成和微观形貌。结果表明,随着球磨时间的增加,粉末逐渐细化,晶粒尺寸变小,微应变逐渐增加;球磨60 h后粉末达到较好的细化效果以及固溶效果;球磨90h后,粉末完全合金化,粉末粒度到达纳米级别,平均粒径50 nm。

B_4C颗粒增强铝基复合材料的研究及应用开发

本项目研究了高性能颗粒增强铝基复合材料的机械合金化粉末冶金制备技术及B_4Cp/Al复合材料的微观组织、性能特点以及制备工艺对材料组织和性能的影响,并探索了复合材料在陀螺仪动压气体轴承领域中的应用。经过大量研究,本项目成功地开发出了机械合金化粉末冶金制备颗粒增强铝基复合材料的技术,制备出了高性能的颗粒增强铝基复合材料,材料的制备技术和性能接近或达到了国外先进水平,研究的陀螺仪动压气体轴承用复合材料性能达到了用户提出的材料性能指标。 本项目自行设计研制了两套由高能球磨机。