机械合金化Cu-C-Ti复合粉末的组织特征

采用扫描电镜、X射线衍射分析等实验手段 ,研究了Cu 2 %C 8%Ti(质量分数 )混合粉末在机械合金化 (MA)时的组织形态特征以及微观结构的变化规律。结果表明 ,Cu C Ti混合粉末经 48hMA后形成了Cu基过饱和固溶体 ;96hMA后 ,部分Ti、C溶质元素脱溶析出并且发生机械化学反应而生成碳化物TiC。MA导致复合粉末细化与扁平化 ,自由表面、晶界、亚晶界以及位错等晶体缺陷的急剧增加而明显地降低了扩散激活能 ,它是形成过饱和固溶体和促进第二相析出的主要原因。

粉末套管法Ti/Al/Ti复合板的界面结合性能

采用粉末套管法,通过“热轧+中间退火+进一步冷轧”工艺制备Ti/Al/Ti复合板。利用扫描电镜、电子探针、能谱仪、XRD分析以及万能实验机,研究不同制备参数下Ti/Al/Ti复合带材的界面形貌、元素分布、物相种类和界面结合强度。结果表明,单一脆性金属间化合物TiAl_(3)的产生会阻碍Ti/Al元素的扩散,扩散层厚度发生减薄。500℃退火,扩散层主要是由扩散形成的冶金结合层,局部区域有少量的金属间化合物TiAl_(3)生成,界面结合强度受冶金结合强度与机械结合强度的动态变化影响,随着压下率升高,结合强度先降低后升高再降低;550℃退火,界面反应增强,TiAl_(3)相逐渐增多,扩散层强度增加,冶金结合强度提高,由14.3 N/mm(500℃)增加至35.1 N/mm(550℃),随着压下率的增大,化合物层破碎程度增加,界面结合强度逐渐降低。

粉末冶金(SiCp+B_(4)C)/6061Al复合材料组织与性能研究

采用热等静压工艺制备了体积分数为40%的(SiCp+B4C)/6061Al复合材料,研究固溶时效处理对40%(SiCp+B_(4)C)/6061Al复合材料显微组织、热导率、线膨胀系数、力学性能和微屈服强度的影响。结果表明:热等静压法制备的铝基复合材料组织致密;热等静压态复合材料的平均线膨胀系数为13.1×10^(-6) K^(-1),热导率为165.3 W/(m·K);固溶时效态复合材料的平均线膨胀系数为13×10^(-6) K^(-1),热导率为146.4 W/(m·K);与热等静压态相比,固溶时效态复合材料的抗拉强度提高了88%,为477 MPa,抗弯强度为644 MPa,微屈服强度为236 MPa,具有较高的力学性能和尺寸稳定性。本文采用的材料设计方法与热等静压成形技术,为高品质高体积分数颗粒增强铝基复合材料低成本制造提供基础。

低成本TiH_(2)粉末制备Ti/(TiB+TiC)复合材料的组织与性能

使用低成本的TiH_(2)粉末代替纯钛粉,通过添加B4C原位生成TiB和TiC两种增强相,经过真空无压烧结及热挤压工艺制备出具有优异力学性能的Ti/(TiB+TiC)钛基复合材料,分析了制备工艺和增强相对复合材料组织与性能的影响。结果表明,TiH_(2)粉末具有较好的烧结活性,脱氢烧结样品的相对密度可达97.7%;经热挤压工艺,相对密度进一步提升到99.9%,接近于全致密。增强相TiB为短纤维状,TiC为颗粒状,均匀分布在等轴α-Ti基体中,能抑制等轴晶的长大,细化晶粒。热挤压工艺能进一步细化晶粒,使组织更加均匀致密,挤压态钛基复合材料具有高硬度和良好的强塑性匹配。TiH_(2)+4%B4C(体积分数)挤压态复合材料维氏硬度Hv0.3310,屈服强度683 MPa,抗拉强度851 MPa,断后伸长率15.1%。

激光粉末床熔融成形金刚石增强铝基复合材料

添加质量分数3%金刚石颗粒并利用激光粉末床熔融技术制备6061铝基复合材料。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电子密度计、电子式万能试验机对3%金刚石/6061铝基复合材料的微观组织、相对密度和拉伸性能进行了表征与分析。结果表明:金刚石与Al基体反应生成了针状Al4C3相,并沉积在α-Al基体上,导致晶界位错密度增加,强度提高,抗失效能力增强。金刚石的添加促使6061铝基体中热裂纹消失,但存在孔洞缺陷。较低的扫描速度增加了激光光斑与被加工材料接触的时间,导致金刚石颗粒部分石墨化,铝基体部分蒸发,进而形成内部缺陷,降低了复合材料的相对密度(97%)。金刚石的加入显著提高了激光粉末床熔融技术成形金刚石/6061铝基复合材料的抗拉强度,当激光功率为350 W、扫描速度为800 mm·s-1时,复合材料的极限抗拉强度达到最大值244.2 MPa,屈服强度211.6 MPa,伸长率2.1%。

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。

粉末锻造Al_(2)O_(3)颗粒增强Fe–Ni–Mo–C–Cu复合材料的组织与性能

通过粉末锻造技术制备了不同含量微米级Al_(2)O_(3)颗粒强化的Fe–Ni–Mo–C–Cu(Q61)复合材料,并对调质态和淬火态复合材料的组织和性能进行了研究。结果表明:当Al_(2)O_(3)质量分数为0.15%时,增强颗粒在基体内分布均匀;相较于同种状态下不添加增强颗粒的单一Q61,调质态复合材料的硬度从HRC 38增至HRC 39.8,屈服强度从1106 MPa增至1121 MPa,延伸率从12%降至6.5%;淬火态复合材料的硬度从HRC 61.5增至HRC 63.2,磨损率从5.27×10^(-6)mm^(3)·m^(-1)·N^(-1)降至3.08×10^(-6)mm^(3)·m^(-1)·N^(-1),低于对比试验用的典型齿轮材料40Cr的磨损率(3.34×10^(-6)mm^(3)·m^(-1)·N^(-1))。当Al_(2)O_(3)质量分数大于0.15%时,Al_(2)O_(3)颗粒逐渐偏聚,虽然调质态下复合材料屈服强度仍继续小幅增加,但塑性严重退化,且淬火态复合材料磨损率增加,耐磨性变差。综合来看,添加0.15%Al_(2)O_(3)颗粒强化Q61复合材料在调质态下具有较高的综合力学性能,而在淬火态下表现出良好的抗摩擦磨损能力。

深冷处理时间对激光粉末床熔化沉积TiC/TC4钛基复合材料组织演变及力学性能的影响

目的探明不同深冷处理时间对TiC/TC4钛基复合材料组织演变及其力学性能的影响规律,分析TiC/TC4钛基复合材料在深冷环境下的使用性能。方法利用低能球磨法得到石墨烯(GNPs)/TC4复合粉末,采用激光粉末床熔化沉积法制备TiC/TC4钛基复合材料,通过液氮浸泡法进行不同时间的深冷处理,然后恢复至室温进行拉伸试验。结果深冷处理过TiC/TC4钛基复合材料的拉伸强度均高于深冷处理过TC4合金的拉伸强度,断裂韧性却得到不同程度削弱。结论原位自生TiC的载荷传递作用可以增强TiC/TC4钛基复合材料在拉伸变形过程中的变形能力,使复合材料的拉伸强度得到提高;随深冷时间的持续延长,冷应力不仅会导致TC4合金原始细长针状马氏体断裂,还会驱使TiC/TC4钛基复合材料陶瓷增强相TiC发生不同程度的偏聚。此外,深冷处理后TiC/TC4钛基复合材料产生的晶格畸变现象会降低α-Ti基体一侧的应变值,使复合材料晶格畸变区域应变不均匀分布,弱化TiC/TC4钛基复合材料晶格畸变区域原子的变形协调能力,导致TiC/TC4钛基复合材料的断裂韧性值相对低。

基于炭/炭复合材料加工余料制备碳化硅粉末的组织及性能

以炭/炭复合材料加工余料为碳源,与硅粉充分混合,通过高温合成法制备单晶生长用碳化硅粉末,并对其显微组织和表面性能进行研究。结果表明:制备出的碳化硅粉末晶型为β-SiC,部分继承了炭/炭复合材料加工余料的管槽状、脊状结构。在拉曼光谱中,该粉末的折叠横光与折叠纵光的半峰全宽之比为0.709,其相对纯度高于以石墨粉为碳源同工艺制备的碳化硅粉末。该碳化硅粉末具有多孔特征,比表面积为25.7426 m^(2)/g,可用于物理气相传输单晶生长工艺,且已初步验证其可行性。

粉末冶金TC4-PCS复合材料的热变形行为

以聚碳硅烷(PCS)为前驱体,采用粉末冶金无压烧结制备原位自生颗粒增强的TC4复合材料。通过Gleeble-3500热模拟试验机对TC4-1PCS(PCS的质量分数为1%)复合材料进行850~1100℃,0.001~1 s^(-1)的模拟热压缩实验,分析不同参数下复合材料的应力-应变曲线。采用OM,SEM和EBSD等手段分析变形参数对增强相颗粒、基体组织和致密化的影响。结果表明:热变形前TC4-1PCS复合材料存在较多残余孔隙,TiC增强相颗粒尺寸约为5~10μm。TC4-1PCS基体的β转变温度(T_β)介于1000~1050℃之间,在T_β以上进行变形时,TC4-1PCS基体全部为片层状淬火马氏体,而在T_(β)以下变形后基体为双态组织。变形温度决定复合材料的致密度和组织类型,应变速率影响基体相尺寸和残余孔隙率。变形温度的提升和应变速率的降低可以促进TC4^(-1)PCS复合材料的致密化,应变速率的提高对细化组织效果明显。在1050℃,0.1 s^(-1)下变形可以较大程度实现TC4-1PCS复合材料组织细化和致密化。

基于粉末压片技术的新型复合焊锡片制备工艺研究

为探究粉末压片技术在制备复合焊锡片中的应用,并研究不同压制工艺参数对复合焊锡片力学特性、微观形貌和钎焊性能的影响。采用SAC305合金粉末与自研助焊剂预混合,通过粉末压片技术制备复合焊锡片,并设计了三水平三因素的正交试验,分析了压力、压制温度和压制时间对复合焊锡片性能的影响。结果表明,压力是压制参数中对复合锡片性能影响最大的,当压力不足时,复合锡片的显微结构可以看到锡合金粉之间明显的界面区分,且粉末形变量较小,孔隙率较高;随着压力提高,粉末发生明显形变,界面逐渐模糊,孔隙率也减小;不同工艺参数对钎焊扩展率及空洞率的影响较小。在压力5000 MPa,压制时间30 s,温度60℃条件下制备的复合焊锡片具有良好的钎焊性能,孔隙率最小为7.2%且具备一定的自身强度,在镍片上的钎焊润湿性良好,焊后空洞率低于0.1%。与传统表面涂敷助焊剂的预成型焊锡片相比,粉末压片制备的复合焊锡片在钎焊性能上相当,且具有更高的成品率,对批量应用具备一定的技术可行性。

SiC-ZrC复合超细粉末的合成及抗氧化性能研究

以二氧化锆、硅溶胶、炭黑作为前驱体原料,采用碳热还原法来制备SiC-ZrC复合粉末。研究了反应温度对SiC-ZrC复合粉末的烧失率、物相组成与显微结构的影响。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、综合热分析仪(TG-DTA)等手段对粉末样品进行测试分析。结果表明:在合成温度达到1500℃以上时,采用碳热还原法可成功合成SiC-ZrC复合粉末。在1550℃~1600℃下合成的产物中主要存在SiC和ZrC的特征衍射峰,合成产物结晶度好,这表明该条件下的合成反应进行比较完全。与1550℃相比,在1600℃温度下的合成产物中存在一定量的晶须,且存在有近似球状和短棒状及絮状颗粒,形成多样化显微结构。

碳点复合粉末法手印显现技术研究进展

手印在刑事侦查和司法鉴定中起着极其重要的作用。碳点因其优良的荧光性能、稳定的化学性能、低廉的成本,在手印显现领域展现出了广阔的应用前景。本文探讨了碳点手印显现技术的荧光机制,比较分析了改善固态碳点粉末聚集淬灭效应的两种应对策略,相比于改变碳点结构或表面修饰方法,将碳点分散到基质材料中更加便捷且稳定;阐述了碳点-无机盐/无机氧化物、碳点-高分子材料、碳点-有机化合物三类碳点复合粉末在手印显现领域的应用进展,对比分析了三类固态碳点粉末在手印显现应用中的适用客体、碳点分布、荧光强度及稳定性、显色效果、制备成本等方面的差异性;指出了碳点手印显现技术研究中需要进一步优化的环节与不足,以期为后续碳点应用于粉末法手印显现技术领域的研究提供参考。

粉末粒径及其配比对FeSiAl软磁复合材料性能的影响

对气雾化法制备的球形FeSiAl粉末进行粒径优选及配比,通过耐高温复合磷酸盐和硅树脂对其进行有机-无机双绝缘包覆,然后将其制备成软磁复合材料。系统研究了粉末粒径及配比对材料密度、高频功率损耗、磁导率和直流偏置等性能的影响。结果表明,软磁复合材料的密度、磁导率和功率损耗随粉末粒径的减小而降低,直流偏置特性随粒径的减小而改善。当平均粒径为6.28μm时,1 MHz下的有效磁导率为59.21,在Bm=30 mT,f=1 MHz的条件下损耗为335.57 kW/m^(3),在100 Oe磁场下的磁导率百分比为64.42%。通过将平均粒径为18.76μm和12.72μm的两组粉末进行粒度配比,发现随着细磁粉含量的增大,密度与磁导率均先增大后减小,同时在Bm=30 mT,f=1 MHz高频条件下的损耗由624.50 kW/m^(3)减小至575.76 kW/m^(3)。

高锰酸钾复合盐和粉末活性炭去除原水中铊的试验研究

为应对未来可能发生的水源铊污染,开展除铊试验研究。结果表明,在水厂常规处理工艺的基础上,调节原水的pH到9.0,投加8.0 mg/L的高锰酸钾复合盐和50 mg/L粉末活性炭,可以把铊浓度从0.001 mg/L降低到0.00010 mg/L。处理后上清液中铝和锰的浓度也都没有超标。

溶胶-凝胶/高温氢还原工艺制备Mo-Al_(2)O_(3)-La_(2)O_(3)复合粉末

Al_(2)O_(3)协同La_(2)O_(3)强韧化的钼及钼合金具有优越的综合力学性能,通过粉末冶金方法制备钼及钼合金的关键在于获得超细或纳米Mo-Al_(2)O_(3)-La_(2)O_(3)粉末。本文以仲钼酸铵、硝酸铝、硝酸镧和柠檬酸为原料,采用溶胶-凝胶-煅烧-高温氢还原工艺制备Mo-Al_(2)O_(3)-La_(2)O_(3)复合粉末,利用XRD、SEM、EDS和TEM等分析手段对粉末的微观组织结构进行表征。结果表明:当水浴温度为85℃、pH=1、柠檬酸与钼酸铵的质量比为1.7时,形成了网状结构大分子交联的络合物前驱体,这有利于在后续高温还原过程中制备超细或纳米Mo复合粉末。前驱体粉体在550℃煅烧3 h后,粉末主要由MoO_(3)和Al_2(MoO_(4))_(3)组成。采用一步高温氢还原时,还原3 h后MoO_(3)全部转化成Mo,其最低还原温度为650℃。在650℃以下通过氢还原得到了微米尺寸Mo-Al_(2)O_(3)-La_(2)O_(3)复合粉末,而在750℃通过氢还原得到了由纳米颗粒聚集而成的近球形絮状粉末,在850℃通过氢还原得到的粉末内部出现烧结颈,其颗粒尺寸略有增大。

片状粉末法制备碳纳米管/铝复合材料的组织特征及性能调控

本文利用片状粉末法中片状铝粉末大比表面积优势,结合粉末冶金法成功制备了碳纳米管/铝复合材料,实现了碳纳米管的低结构损伤和在铝基体中的良好分散。但片状铝粉表面自发生成的氧化铝薄膜阻碍了碳纳米管与铝的直接结合。由于粉末冶金低的制备温度,这种碳纳米管-氧化物-铝之间难以形成强的化学键合,复合材料在拉伸后直接在混合界面上破坏,导致复合材料相比基体合金强度不增反降。通过增加片状粉末厚度进而减小其表面的氧化物以及结合添加镁元素的方法,大幅增加界面结合强度,复合材料的屈服强度和抗拉强度相比基体出现高效提升。

铝基复合材料激光粉末床熔化增材制造研究现状

采用激光粉末床熔化技术制备铝基复合材料在航空航天、军工、交通运输等领域显示出了深远的研究前景,向铝合金引入纳米增强体的种类、引入方式以及含量对铝合金可打印性、组织、力学性能产生的影响是学者们的关注热点。本文主要总结分析了TiB2、石墨烯、TiC纳米增强体对激光粉末床熔化技术制备铝合金的晶粒形态、晶粒尺寸、相对密度、可打印性和力学性能的影响,进行了不同纳米增强体对打印态铝合金力学性能影响的对比,分析得出以TiB2为代表的纳米增强体能够提升打印态铝合金的强度、塑性,使其具有良好的综合力学性能,最后提出了该研究领域在未来的进一步发展趋势。

硅藻土基复合粉末载体在城镇污水处理中的应用

以硅藻土作为微生物载体、硫铁矿作为替代碳源功能材料,经湿式方法复合得到复合粉末载体。通过扫描电子显微镜(SEM)对复合粉末载体的微观结构进行观测,发现硫铁矿紧密吸附在硅藻土表面上和孔隙内,投加后其表面大量附着生物膜。在长沙某水质净化厂进行了复合粉末载体用于实际城镇污水处理中试试验,试验结果表明,在进水BOD 5/TN均值不足2.0、生化池水力停留时间仅为4.37 h、后端无深度处理的条件下,中试系统主要出水水质指标COD_(Cr)<30 mg/L、氨氮<1.5 mg/L、TN<10 mg/L、TP<0.70 mg/L,与厂区基本相同;同时污泥沉降性能得到改善,污泥的SV 30和SVI均值分别为45%和46.7 mL/g。复合粉末载体可强化脱氮除磷,在不增加生化单元占地面积的条件下,实现污水处理能力大幅提升。

粉末冶金CNTs增强铝基复合材料的界面设计与性能调控研究进展

碳纳米管(CNTs)增强铝基复合材料(AMCs)因综合了铝基体和CNTs的优异特性,而具有高的比强度、比模量及优良的耐蚀性和导电导热等功能特性,近年来在快速发展的航空航天、轨道交通及汽车构件轻量化等领域展现出广阔的应用前景。然而在CNTs增强AMCs的研究中面临着CNTs不易分散均匀、与铝基体间的润湿性较差、Al-CNTs易发生界面反应生成易水解的Al4C3硬脆相等瓶颈问题。如何解决CNTs分散均匀性的同时,抑制有害界面反应并改善其界面润湿性和界面结合,促进CNTs在AMCs中强化效果的充分发挥已成为该领域目前的主要研究方向。本文梳理并综述了近年来国内外研究人员针对上述问题所提出的解决思路,从界面设计角度总结分析了不同界面调控策略对复合材料界面结合、界面反应以及力学性能的影响,为基于界面结构设计的CNTs增强AMCs的组织与性能调控提供了实验和理论参考。