高性能细晶钨基复合材料制备关键技术及开发应用

钨基复合材料具有密度高、熔点高、强度高、热膨胀系数小、热导率高、抗辐射能力强、耐腐蚀性强等优点,在电子信息、机械加工、航天航空、国防军工和核工业等领域可广泛用作穿破甲材料、电子封装材料、电极材料以及核辐射屏蔽材料等。采用传统方法制备的钨基复合材料由于晶粒粗大、组织均匀性差、性能低或致密度低等缺陷,已经难以满足尖端技术领域的发展需要。采用纳米复合技术制备的细晶钨基复合材料具有致密度高、组织细小且均匀、性能好等优点,成为钨基复合材料发展的重要方向。概述了高性能细晶钨基复合材料的制备关键技术与开发应用,并对高性能细晶钨基复合材料的应用前景作出了展望。

纳米TiC颗粒弥散增强超细晶钨基复合材料的组织结构与力学性能

采用高能球磨和热压烧结的方法成功制备了纳米TiC颗粒弥散增强超细晶W基复合材料,并对其组织结构、室温力学性能进行了研究。研究结果表明,当纳米TiC颗粒含量较小时,高能球磨可以使TiC颗粒均匀分散到W基体中,烧结后,TiC颗粒尺寸约100nm,当纳米TiC颗粒含量较高时,局部出现团聚现象;纳米TiC的加入强烈的阻碍了W晶粒的长大并使复合材料的断裂模式由沿晶断裂为主向穿晶断裂为主转变,提高了材料的力学性能;在TiC含量为1%(质量分数,下同)时,材料的致密度、维氏显微硬度、弹性模量、抗弯强度分别达到98.4%、4.33、396GPa、1065MPa。纳米TiC颗粒对复合材料的强化机制主要是细晶强化和晶界强化。

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。

高性能细晶钨及钨合金的研究进展

高性能钨及钨合金是国防工业和尖端技术领域中的关键材料,新的制备技术使钨材料在致密度、组织均匀性、力学性能及物理性能等方面有了明显提高。综述了国内外采用纳米复合技术制备细晶W-Ni-Fe合金、细晶WCu材料、高致密细晶纯钨材料,以及采用微纳复合技术制备稀土氧化物和碳化物增强细晶钨的研究进展,分析了目前制备过程中存在的问题,并进一步展望了高性能钨及钨合金材料的发展趋势和应用前景。

粉末冶金法制备镁基复合材料的力学性能和增强机理研究

为了探讨MWNTs对镁基复合材料力学性能的影响和增强机理,采用粉末冶金的方法制备了多壁碳纳米管增强镁基复合材料,对其力学性能进行了测试,并对显微组织进行了观察和分析。结果表明:碳纳米管在基体中呈束状分布,没有出现团聚现象;MWNTs与镁基之间并没有反应发生,碳纤维与镁基体并未在界面处形成碳镁化合物;它们之间是无任何化学作用的机械结合;复合材料的硬度随着MWNTs含量的增加而增加,强度也相应提高;镁基复合材料的强化主要来自增强体的强化作用、细晶强化和析出强化。

难变形材料热静液挤压复合精密塑性成形工艺

目的研究热静液挤压及其复合塑性变形工艺在高密度钨合金、钨铜合金、钛基复合材料及镁合金薄壁细管等难变形材料方面的制备。方法通过对高密度钨合金难变形材料进行热静液挤压及旋转锻造等塑性成形,分析了材料在成形过程中的微观组织及性能变化规律和强化机制,制备出大长径比穿甲弹弹芯材料。在此基础上,将该复合塑性变形技术拓展至两相不互溶材料钨铜合金、钛基复合材料及大长径比镁合金毛细管等难变形材料方面的制备。结果热静液挤压及其复合塑性变形工艺在粉末冶金难变形材料的致密化方面具有显著优势,获得材料不仅致密度高,而且有效实现了控形控性;对于镁合金薄壁细管成形而言,也可以实现组织与性能的有效调配,同时材料的精度较高。结论热静液挤压及其复合塑性变形工艺在难变形材料的制备与成形方面具有独特的优势与广阔的应用前景。

纳米颗粒分布对镁基复合材料强化机制的影响

Orowan强化、热错配强化和Hall-Petch强化是纳米颗粒增强镁基复合材料的主要强化机制,纳米颗粒在基体中的分布状态对起主导作用的强化机制具有重要影响。本文中对现有强化机制模型进行了适当修正,以纳米SiC颗粒增强AZ91D复合材料为例,通过理论计算分析了纳米颗粒完全分布于晶内、完全分布于晶界、在晶内晶界上均有分布的三种状态对镁基复合材料屈服强度的影响,并与实验结果进行对比。结果表明:颗粒完全分布于晶内时,增强效果最好,主要增强机制为Orowan强化;颗粒完全分布于晶界上时,增强效果最差,主要增强机制为Hall-Petch强化。颗粒在晶内晶界上均有分布时,多种强化机制共同发挥作用,增强效果随着晶内与晶界上颗粒比例的减小而逐渐减弱。

Sc元素对激光选区熔化TiB2/AlSi10Mg复合材料组织和性能的影响

采用稀土元素Sc对激光选区熔化TiB2/AlSi10Mg复合材料进行变质处理,借助场发射扫描电镜、电子探针显微分析仪、显微硬度计以及电子万能试验机等,分别研究了添加Sc元素和固溶时效热处理对复合材料显微组织、密度和力学性能的影响。结果表明:与TiB2/AlSi10Mg复合材料相比,Sc元素的加入可以进一步细化Al-Si共晶,产生细晶强化和弥散强化作用,Ti B2/AlSi10MgSc复合材料的抗拉强度和显微硬度分别提升了56.7 MPa (14.4%)和15.3 HV0.1 (11.3%)。激光选区熔化Ti B2/AlSi10MgSc复合材料的硬度和强度随着固溶温度升高而逐渐降低,但伸长率得到明显改善。

W-Cu复合材料制备新技术与发展前景

W-Cu复合材料具有热膨胀系数低、导电性好、导热性好、高熔点、高硬度以及良好的抗电弧烧蚀性能,在机械加工、电气工程以及电子信息领域被广泛用作电极材料、电接触材料、电子封装材料及靶材等越来越受到国内外的关注。传统粉末冶金方法制备的W-Cu复合材料致密度低、组织结构粗大且均匀性差,严重影响材料性能。采用纳米复合新技术制备的W-Cu复合材料具有很大的技术优势:粉末纳米化使得粉末的烧结活化能大大降低,其烧结活化能在1 420℃时仅为42.1 kJ/mol和29.1 kJ/mol,远低于纯W相同温度范围内的587.9 kJ/mol,同时纳米复合使得W与Cu发生了固溶,从而使得复合粉末表现出良好的烧结活性。采用纳米复合制备的细晶W-Cu复合材料具有非常优异的综合性能,其原因在于经烧结后获得高的致密度和组织结构均匀细小。