Al2O3对Ni基复合材料摩擦学性能的影响及机理研究

通过高能球磨和真空热压烧结技术制备了NiCrMoAlAg合金和NiCrMoAlAg-Al2O3复合材料。研究了Al2O3对NiCrMoAlAg-Al2O3复合材料的微观组织结构和机械性能的影响,考察了复合材料室温至800℃下的摩擦磨损性能并探究其磨损机理。结果表明:NiCrMoAlAg-Al2O3复合材料主要由镍基固溶体、Ag、Al的氧化物和微量γ相组成;随着Al2O3加入,复合材料密度降低,但硬度、抗拉强度和抗压强度提高;NiCrMoAlAg-Al2O3复合材料摩擦系数随温度的升高逐渐减小,磨损率随着温度的升高先增大后减小;通过SEM及Raman分析发现,在600℃及以上摩擦过程中磨损表面形成了一层由NiO、MoO2、MoO3和Ag2MoO4等组成的润滑膜,从而降低了材料的摩擦系数和磨损率。

(Ni,C_f)/(TiC-TiB_2)陶瓷基复合材料SHS/PHIP工艺的正交优化

在利用SHS/PHIP技术制备(Ni,Cf)/(TiC-TiB2)陶瓷基复合材料过程中,对预制坯相对密度、预压力、延迟时间、致密化压力、保压时间等基本工艺参数以及镍和碳纤维的含量与材料性能之间的关系进行了分析,从而确定了影响该材料性能的主要因素为致密化压力、镍含量和碳纤维含量,并为此设计了一个三因素三水平的正交试验。结果表明:在质量为120 g的试样中,当碳纤维的含量为3%、镍含量为15%(均为质量分数),预制坯相对密度为61%左右、延迟时间为16 s、致密化压力为300 MPa、保压时间为6 s时,该材料的性能最优,其室温弯曲强度σb=488.27MPa,断裂韧性KIC=12.90 MPa.m1/2。

Ni的添加对TiB_2-Cu基复合材料微观组织的影响

利用燃烧合成工艺原位合成了 Ti B2 - Cu基复合材料 ,为了改善 Ti B2 陶瓷和 Cu基体的润湿性 ,将金属 Ni作为合金化元素加入到 Ti B2 - Cu复合材料。通过 XRD,SEM,EPMA和 TEM等检测手段对金属 Ni的添加对 Ti B2 - Cu基复合材料微观组织的影响进行了研究。结果表明 ,含 Ni复合材料的金属粘结相的面间距比不含 Ni时 Cu的面间距均有不同程度的减小 ;Ni加入后 ,Ti B2 - Cu- Ni复合材料的组织较 Ti B2 - Cu复合材料更加致密 ,但陶瓷颗粒尺寸却大于Ti B2 - Cu复合材料的颗粒尺寸 ;Ni的加入降低了复合材料的导热率和冷却速度 ,使得部分 Ti B2 陶瓷颗粒有足够的时间长成棒状 ,同时造成 Ti B2 陶瓷颗粒间形成更多的烧结颈 ;Ni的加入也改善了陶瓷与金属粘结相之间的润湿性 ,使陶瓷相与金属粘结相的界面结合牢固 ,看不到 Ti B2 - Cu复合材料中界面脱开的现象。金属 Ni的添加有利于改善 Ti B2 -Cu基复合材料的微观组织 。

Ni和Ti的添加对Al_2O_3-Ti(C,N)复合材料性能的影响

研究了Ni和Ti的添加对真空热压烧结方法制备的Al2O3-Ti(C,N)陶瓷基复合材料的显微组织和力学性能的影响.发现添加Ni和Ti的复合材料主要由Al2O3、Ti(C,N)和Ni组成,没有发现存在金属Ti.Ti由于非常活泼,在热压烧结过程中可能与石墨模具产生的含C气氛反应生成TiC,或与高温下Ti(C,N)的少量分解产生的N2气氛反应生成TiN,这有利于减少复合材料中的气孔.适量添加Ni可通过液相烧结促进复合材料的致密化,提高复合材料的相对密度,并能通过产生裂纹偏转和裂纹桥联提高复合材料的断裂韧性.热压温度为1550℃、等摩尔比的Ni和Ti混合粉末添加量为5vol%时,Al2O3-Ti(C,N)-Ni-Ti复合材料的相对密度为99.6%,硬度为21GPa,抗弯强度为818MPa,断裂韧性为8.1 MPa.m1/2.

热处理对Ni/Ti_(2)AlC复合材料显微组织和摩擦学性能的影响

通过真空热压烧结方法制备Ni/Ti_(2)AlC复合材料,并对材料进行热处理,考察了两种不同热处理工艺对复合材料的显微组织和室温及800℃下摩擦学性能的影响.结果表明:烧结后,Ni/10%Ti_(2)AlC复合材料包含Ni基固溶体、TiC_(x)、Ni_(3)Al和少量Al_(2)O_(3),而Ni/50%Ti_(2)AlC主要由Ni_(2)TiAl、TiC_(x)、Ti_(3)NiAl_(2)C和少量Al_(2)O_(3)组成.分别于1200和1350℃热处理16 h后,Ni/10%Ti_(2)AlC中的Ni_(3)Al相和Ni/50%Ti_(2)AlC中的Ti_(3)NiAl_(2)C相消失.热处理导致TiC_(x)相的生长,复合材料显微组织得到优化,同时材料保持了高度致密性.热处理后,两种复合材料的维氏硬度下降,这主要归结于Ni_(3)Al强化相的消失和碳化物的长大.随着热处理温度的升高,室温下复合材料的磨损率降低,这主要归结于热处理优化了显微组织,提高了两相结合强度,进而抑制了TiC_(x)颗粒的脱出,减少了磨粒磨损的发生;800℃摩擦条件下,热处理前后,复合材料均表现出较低的摩擦系数和磨损率,这主要归结于高温下磨损表面形成的由TiO_(2)、NiO和NiTiO_(3)组成的润滑膜所起到的减摩抗磨作用,此外,热处理使得显微组织更均匀,更有利于磨损表面TiO_(2)和NiTiO_(3)润滑相的形成,对摩擦学性能有利.

原位反应法制备TiC_x/Ni基复合材料及其压缩性能研究

为了制备出性能优异的TiC_x-Ni基复合材料,利用Ti_3AlC_2在Ar、1250℃下会发生分解反应生成超细TiC_x增强颗粒,同时Al原子会在高温下与Ni反应生成Ni3Al的原理,通过后挤压热压烧结工艺来制备TiC_x/Ni基复合材料。通过XRD、SEM、EDS以及压缩压缩实验发现,TiC_x/Ni基复合材料的性能与烧结温度和陶瓷相体积比有着较大的关系。其中随着温度的提高,复合材料的增强相大小以及TiC_x的x值会随之增大;随着陶瓷相含量的增加,复合材料微观结构中界面缺陷也相应的增加。结果表明,在Ti_3AlC_2预制体体积含量为40%,烧结温度为1400 oC条件下制备TiC_x/Ni基复合材料,其抗压性能和微观结构最为优异。TiC_x的x值为0.65、增强颗粒大小在亚微米级甚至纳米级,抗压强度为1.8 GPa,压缩变形率12%。

新能源汽车用Mg2Ni基储氢合金的制备与性能

以LaMg2Ni、PrMg2Ni和NdMg2Ni作为稀土氢化物载体制备了Mg2Ni-%(质量分数)LaMg2Ni(=0,10,20和30)和Mg2Ni-20%REMg2Ni(RE=La,Pr和Nd)复合材料,研究了LaMg2Ni含量对Mg2Ni基复合材料物相组成、显微形貌和储氢性能的影响,并对比分析了Mg2Ni-20%REMg2Ni(RE=La,Pr和Nd)复合材料的储氢性能。结果表明,添加LaMg2Ni的Mg2Ni基复合材料的可逆吸放氢容量明显高于纯Mg2Ni合金,且在LaMg2Ni含量为20%时达到最大值;Mg2Ni基复合材料的放氢量和放氢过程中的扩散性能会随着LaMg2Ni含量的增加而表现为先增加而后减小的趋势,在LaMg2Ni含量为20%时取得最大值。充分氢化后Mg2Ni-20%REMg2Ni(RE=La,Pr和Nd)复合材料中除Mg2NiH4相外分别含有LaH3、PrH2.37和NdH2.5相,最大吸氢量分别为3.31%、3.45%和3.48%,最大放氢容量分别为0.57%、0.67%和0.60%,且放氢速率都高于纯Mg2Ni合金;3种Mg2Ni基复合材料中Mg2Ni-20%PrMg2Ni复合材料在250和200℃时的放氢平台电压最高且明显高于纯Mg2Ni合金,具有最优的扩散性能。

氢化物载体LaMg_(2)Ni对汽车用Mg_(2)Ni合金储氢性能的影响

采用机械球磨法制备了Mg_(2)Ni-x%LaMg_(2)Ni复合材料(质量分数x=0、10、20和30),研究了LaMg_(2)Ni含量对Mg_(2)Ni基复合材料物相组成、显微形貌和储氢性能的影响。结果表明,未添加LaMg_(2)Ni的Mg_(2)Ni合金在充分氢化后主要由Mg_(2)NiH_(4)和Mg_(2)NiH_(0.3)组成,而添加LaMg_(2)Ni的Mg_(2)Ni基复合材料主要由Mg_(2)NiH_(4)和LaH_(3)组成;充分放氢后,Mg_(2)NiH_(4)和Mg_(2)NiH_(0.3)转变为Mg_(2)Ni,而LaH_(3)相仍然存在。添加LaMg_(2)Ni的Mg_(2)Ni基复合材料中都弥散分布着白亮色LaH_(3)颗粒,x=20时白亮色细小颗粒分布最为均匀,且随着LaMg_(2)Ni含量增加,Mg_(2)Ni基复合材料基体中镧元素含量逐渐增多。不同LaMg_(2)Ni含量的Mg_(2)Ni基复合材料的最大吸氢容量从大至小顺序为:x=0、x=10、x=20、x=30,最大放氢容量从大至小顺序为:x=20、x=10、x=30、x=0,即添加LaMg_(2)Ni后Mg_(2)Ni基复合材料的储氢性能得到改善,且x=20时Mg_(2)Ni基复合材料具有最高的储氢容量,这主要与Mg_(2)Ni基复合材料中含有弥散分布的LaH_(3)相以及La元素扩散至基体有助于氢的吸附/脱附有关。

激光熔覆原位析出Ni-Fe-Ti-B复合涂层组织结构研究

选用合适的激光工艺参数及涂层成分,在45#钢基体表面得到了激光熔覆原位析出的Ni-Fe-Ti-B复合材料涂层.涂层中的粘结金属基体为γ-(Ni,Fe)和Nihcp,原位弥散析出相为呈现出颗粒状、细条状等分布的稳定相TiB2、Ni4B3及亚稳定相Ni2B、(Fe,Ni)3B型化合物.前两者已经细化成为纳米晶,而后两者晶粒度相对较粗.γ-(Ni,Fe)是稳定的Ni、Fe固溶体,而Nihcp形成于基体金属内部的堆垛层错作用;原位析出相产生于激光熔覆过程中涂层表面发生的原位燃烧反应或合金系快速凝固过程中的低熔点共晶作用.在基体与析出相的界面上存在高密度位错堆积,从而引起基体金属亚结构细化.

Cr_3C_2/Ni_3Al复合材料耐磨性提高的机制分析

为了探讨Cr_3C_2强化相提高Cr_3C_2/Ni_3Al复合材料耐磨性的机制,本文采用热等静压技术制备了Ni_3Al合金和Cr_3C_2/Ni_3Al复合材料,借助纳米压痕仪对Ni_3Al合金和Cr_3C_2/Ni_3Al复合材料中各组成相的力学性能进行了表征,利用销-盘式摩擦磨损试验机研究了热等静压Ni_3Al合金和Cr_3C_2/Ni_3Al复合材料的耐磨性能,并结合扫描电子显微镜和纳米压痕仪分析了材料磨损表面形貌和磨损次表面层硬度变化.结果表明,Cr_3C_2的添加提高了复合材料基体的硬度,Cr_3C_2/Ni_3Al复合材料中各组成相的纳米硬度和弹性模量由基体相、扩散相到硬芯相是逐渐增大的,呈现出梯度变化,有利于提高Cr_3C_2/Ni_3Al复合材料的耐磨性.在本研究实验条件下,Ni_3Al合金和Cr_3C_2/Ni_3Al复合材料表面的磨损形式主要为磨粒磨损,Cr_3C_2/Ni_3Al复合材料表现出更加优异的耐磨性能. Cr_3C_2/Ni_3Al复合材料耐磨性能的提高主要跟碳化物强化相阻断磨粒切削、减弱摩擦副间相互作用、减小加工硬化层厚度、磨粒尺寸等因素有关.

激光沉积Mg_(2)Si/Al的原位反应动力学

通过激光沉积制备了原位Mg_(2)Si/Al复合材料,建立了其动力学模型。结果表明,激光功率(温度)、富Mg层厚度、Si颗粒大小及A1含量是影响原位生成Mg_(2)Si/Al复合材料的速率及程度的主要因素。增加激光功率(温度)、降低富Mg层厚度、缩小Si颗粒大小及减少Al含量使原位反应的速率及程度提高。