Ni+Al元素粉末法制备WC-Ni3Al-B复合材料(英文)

为发展WC-Ni3Al-B复合材料的液相烧结制备技术,研究由羰基Ni粉、分析纯Al粉和粗WC粉的混合粉末反应合成制备的WC+Ni3Al预合金粉末。采用DSC和XRD分别研究3Ni+Al和70%WC+(3Ni+Al)混合粉末在550～1200°C和25～1400°C温度范围的相变过程。结果表明:Ni3Al相的形成取决于反应温度。在200～660°C热处理温度范围内,除了WC相外,还存在Ni2Al3、NiAl和Ni3Al相;而在660～1100°C温度范围内,仅存在NiAl和Ni3Al相;在1100～1200°C温度范围可以获得均匀的WC+Ni3Al预合金粉末混合物。采用该预合金粉末制备的WC-30%(Ni3Al-B)复合材料具有很高的致密度,且WC晶粒呈圆形。与普通商用YGR45(WC-30%(Co-Ni-Cr))相比,WC-30%(Ni3Al-B)复合材料具有更高的硬度(9.7GPa),低的抗弯强度(1800MPa)和相近的断裂韧性(18MPa.m1/2)。

Ni3Al基单晶合金IC6sx的表面再结晶

对Ni_3Al基单晶合金IC6sx的表面进行吹砂变形处理;再在800—1260℃热暴露1—10 h,采用OM,SEM和EPM研究了IC6sx合金的再结晶行为.结果表明,合金再结晶开始形核的温度约1000℃,一次再结晶完成的温度为1200—1210℃.在1200—1240℃热暴露时的再结晶层厚度约为10μm,而在1260℃热暴露时增长到约23μm.再结晶在枝晶干长大的速度明显小于枝晶间,再结晶层和基体的枝晶干之间观察到一种由粗大条状γ′相和γ+γ′相构成的胞状转变结构,这是由于枝晶干中粗大的γ′相阻碍再结晶向基体内生长形成的.

拉晶速率对Ni3Al基单晶合金IC6SX凝固组织和高温持久性能的影响

采用螺旋选晶法制备Ni_3Al基单晶合金IC6SX试棒,研究了不同拉晶速率对凝固组织和高温持久性能的影响.结果表明,Ni_3Al基单晶合金IC6SX凝固组织为树枝状,随着拉晶速率从1.5 mm/min增加到6 mm/min,一次枝晶间距逐渐减小.与普通镍基高温合金不同,位于枝晶干处的次生γ′相尺寸比枝晶间处的大.随着拉晶速率的增加,枝晶干和枝晶间处的γ′相尺寸都逐渐减小,由不规则形状逐渐立方化,枝晶间处的初生γ′相的数量逐渐增多.一次枝晶间距和γ′相尺寸对高温持久性能影响显著,随着拉晶速率的增加,组织细化,铸态IC6SX单晶合金的高温持久寿命增加.

Ni3Al基自润滑复合材料摩擦学性能的研究

采用真空热压烧结方法制备了Ni3Al基自润滑复合材料,通过HT-1000型球盘式高温摩擦仪分别测试了不同条件下Ni3Al基自润滑复合材料的摩擦磨损性能.结果表明:复合材料在20～1 000℃均具有良好的自润滑性能,其摩擦系数在0.24～0.43之间.研究发现复合材料在低载(5 N、滑动速度为0.2 m/s)低温(20～400℃)下具有最低的摩擦系数(0.24～0.29),但在低载高温下(600℃以上)摩擦系数较高(0.39～0.41);而在高载(20 N)时在整个温度测试区间(20～1 000℃)拥有低而稳定的摩擦系数(0.28～0.31).Ni3Al基自润滑材料优异的高温摩擦学性能归因于高温下材料摩擦表面形成的银、氟化物、氧化物以及钼酸盐等低剪切化合物的协同润滑作用.

高温结构用Ni3Al基双相合金IC10的研究

本文采用定向凝固技术制备了Ni3Al基双相合金IC10,并测试了该合金的各种性能.同时采用金相、SEM等测试手段分析了合金的微观结构.结果表明,该合金不仅具有很高的室温塑性和高温持久强度,而且抗氧化、抗腐蚀性能良好.

不同方法制备TiC/Ni3Al金属陶瓷的组织与性能

采用粉末冶金法,通过镍粉和铝粉的原位反应合成以及预合成两种方法制备Ni3Al,在1 440-1 470℃真空烧结制备了TiC/Ni3Al金属陶瓷,研究了Ni3Al含量、烧结温度和钼含量对金属陶瓷组织和力学性能的影响。结果表明：两种方法制备的金属陶瓷都具有传统金属陶瓷的典型芯环结构;随着Ni3Al含量的增多,金属陶瓷的致密度和抗弯强度均增大,而硬度呈先升后降的趋势;在1 450℃烧结制备的金属陶瓷具有良好的硬度和抗弯强度;钼的添加可以提高TiC/Ni3Al金属陶瓷的抗弯强度,但却使其硬度下降,当钼的质量分数为10%时,TiC/30%Ni3Al金属陶瓷具有良好的综合力学性能,其抗弯强度和硬度分别为1 330 MPa和85.8HRA。

Ru合金化Ni／Ni3Al相界断裂功的第一原理计算

采用第一原理赝势平面波方法计算了Ru合金化前后γ-Ni/γ′-Ni3Al相界的电子与能态结构,并比较强化元素Ru分别占据不同亚点阵位时对相界断裂强度的影响。结果表明:Ru置换Ni/Ni3Al相界区域中的Ni或Al原子,都可明显提高Ni/Ni3Al相界的断裂强度;尤其以Ru置换γ-Ni/γ′-Ni3Al相界界面层的Al原子时,对相界的强化效果最好。电子态密度与电子密度分布图的分析结果显示:Ru合金化对γ-Ni/γ′-Ni3Al相界的强化可归因于Ru与其最近邻Ni原子间强烈的电子相互作用引起的相界区域层间原子价键强度的增强。

无压熔渗法制备Ni3Al/TiC陶瓷基复合材料工艺研究

研究了采用自蔓延高温反应合成的预制件TiC-Ni3Al与金属间化合物Ni3Al的浸润性、渗透性和渗透动力学。采用SEM、EDS、XRD和金相显微镜等测试分析手段,对复合材料的组织进行分析,探讨了预制型成型无压熔渗浸渗工艺参数对Ni3Al/TiC复合材料成型的影响。结果表明,金属间化合物Ni3Al与预制件TiC-Ni3Al具有很好的浸润性,在一定温度条件下可形成致密无缺陷的组织;Ni3Al与预制件TiC-Ni3Al在熔渗过程中保持各自的化学稳定性,在渗透过程中无新相产生;Ni3Al在预制件TiC-Ni3Al中的渗透深度与渗透时间呈抛物线关系,渗透速度随渗透时间延长而降低,且随预制件相对密度增大而降低。

Ni3Al(Zr)合金的高温环境脆性

Ni3Al（Zr）合金在700-1050℃之间存在低塑性区，无论在空气还是在真空中，都表现出脆性的沿晶断裂，塑性很低。在拉伸过程中形成的致密氧化铝薄膜能够有效地阻止氧向基体中扩散，减少环境脆性，提高合金的高温塑性。活性元素Zr能够与氧原子相互作用，减少裂纹沿晶界扩展，改善合金的高温塑性。

喷射沉积Ni3Al-Mo合金的位错结构分析和断裂特性(英文)

利用多功能雾化沉积装置,制备了 Ni3Al-Mo 高温合金。拉伸性能测试表明:喷射沉积 Ni3Al-Mo 合金的屈服强度有明显的"R"特性,即喷射沉积合金的屈服强度随着温度的增加而增加,在 760 ℃时达到最大值;随着温度的继续增加,屈服强度会逐渐降低。利用 TEM 对位错结构分析,阐明了合金屈服强度与微观结构之间的关系。研究结果表明,试验合金所具有的屈服强度随温度的变化规律主要是由不同温度下γ′及γ相内的位错缠结状况、位错对的形态及数量和六面体滑移系的开动程度决定的。裂纹的 TEM 分析表明,随着变形应力的增加,裂纹在晶界部位产生,然后迅速扩展,而且在不同的晶面内存在一些不同的滑移带。喷射沉积合金在室温、中温及高温下裂纹严格沿八面体滑移系(111)面开裂。

Re对Ni3Al微观结构及力学性质影响的第一原理研究

应用基于密度泛函理论和广义梯度近似的第一原理方法,探究了Re元素掺杂镍铝合金中γ’相Ni3Al之后微观结构和力学性质的变化.结果表明,在大部分化学计量比范围内,Re原子在Ni3Al中易于替代Al位.Re的掺杂引起Ni3Al晶格常数小幅度地增大,且不会引起严重的晶格畸变.通过差分电荷密度及态密度分析得到Re原子与近邻原子产生轨道相互作用,尤其是与Ni原子作用较强,并使周围Ni-Al键键能降低.通过计算弹性模量,应用经验判据得到掺杂后Ni3Al的刚性、硬度增强.随着Re掺杂浓度的增加,Ni3Al晶格常数、刚性和硬度随之增大.为了对第一性原理所得结果进行温度修正,进一步结合声子谱计算考察了温度对力学性质的影响.Re的掺杂使得Ni3Al晶胞的熵略微增加,自由能略微降低,并且大幅度地增加Ni3Al在高温下的体弹性模量,同时降低Ni3Al在高温下的热膨胀系数.

WC-Ni3Al硬质合金切削奥氏体不锈钢的切削力及磨损研究

采用正交试验法对WC-Ni3Al硬质合金刀具切削奥氏体不锈钢过程中的切削力及磨损性能进行研究,并对切削深度、进给量以及切削速度对切削力的影响进行分析。利用指数回归分析建立主切削力的经验公式,结合切削用量显著性分析对主切削力进行了对比分析。试验表明:切削深度对切削力的影响最大;与WC-Co硬质合金相比,WC-Ni3Al硬质合金刀具的切削力以及后刀面磨损均优于WC-Co刀具。

W元素对γ-Ni/γ′-Ni3Al相界断裂功影响的理论计算

运用第一性原理赝势平面波方法考察W原子掺杂γ-Ni/γ′-Ni3Al相界后对相界区域能态与断裂层间电子态密度结构的变化,比较分析合金化元素W分别占据相界区域不同亚点阵位时对其相界断裂强度的影响。结果表明:W原子存在于γ-Ni相区靠近相界附近的Ni原子位以及相界界面上时,不利于其相界强度提高;而当W原子进入γ′-Ni3Al相区,可提高γ-Ni/γ′-Ni3Al相界的断裂强度,其中以取代γ′-Ni3Al相区相界附近(003)γ′原子层上的Ni原子位最有利。γ-Ni/γ′-Ni3Al相界断裂区相邻原子层间电子成键特性变化佐证了断裂功的计算结果。

激光熔覆Ni3Al基复合涂层的氧化行为

对比研究了900℃时45号钢，1Cr18Ni9Ti不锈钢和激光熔覆Ni3Al基复合涂层在空气环境下的氧化动力学曲线；采用扫描电镜，X射线衍射技术分析了氧化前后涂层及界面处的微观组织结构。结果表明，激光熔覆层的氧化抗力接近于1Cr18Ni9Ti不锈钢但明显高于45号钢；长时间氧化后涂层组织结构只发生微少的变化，但界面处氧化较严重；激光熔覆层中的氧化产物主要是Al2O3，然后是NiO。

载荷对Ni3Al基自润滑复合涂层摩擦学行为的影响

采用高能球磨结合喷雾造粒技术制备微米级球形Ni3Al基复合粉末,利用等离子喷涂方法制备涂层后考察其在不同载荷(5、10和20 N)下宽温域内(25~800℃)的摩擦学性能.用SEM、EDS和Raman分析磨痕、对偶销和磨屑的微观组织和物相组成,对比分析载荷对摩擦磨损机理的影响.结果表明:25~200℃时,载荷增加促进了润滑相的'析出效应',但载荷增至20 N时涂层发生塑性变形产生'封闭效应',使涂层摩擦系数和磨损率随载荷增加呈先减后增的趋势;400~600℃时,载荷增加导致的摩擦热加速了氧化进程,降低磨损表面剪切强度,从而使摩擦系数和磨损率持续降低;800℃时,磨损表面形成富含NiCr2O4、Ag2MoO4和NiO的连续、光滑釉质层,但在20 N时局部过高的接触应力使润滑膜破裂而发生剥落,导致摩擦学性能下降.

WC-10wt.%Ni3Al硬质合金刀具与0Cr18Ni9不锈钢的元素扩散研究

采用扫描电镜(SEM)/能谱分析仪(EDS)分析,进行了WC-8wt.%Co和新型无钴硬质合金刀具WC-10wt.%Ni3Al与0Cr18Ni9奥氏体不锈钢元素扩散的研究,用维氏硬度测量仪测量了扩散界面处的硬度,并对刀具的元素扩散机理进行了分析。结果表明:WC-8wt.%Co中的粘结剂元素Co会扩散到0Cr18Ni9中,而WC-10wt.%Ni3Al中的粘结剂组成元素Ni几乎不发生扩散;粘结剂元素Ni会降低硬质合金基体元素W、C向0Cr18Ni9的扩散,扩散温度在400℃时影响较小,当温度达到800℃时,材料WC-10wt.%Ni3Al中的W、C元素向0Cr18Ni9的扩散程度明显比WC-8wt.%Co材料低;WC-10wt.%Ni3Al刀具材料在靠近扩散结合面附近的硬度损失率比WC-8wt.%Co小。

Ni3Al基涂层与不同材料配副时宽温域的摩擦学行为

采用等离子喷涂法制备Ni3Al基涂层,分别以316L和Al2O3为摩擦偶件,考察25~800℃内摩擦偶件材料对涂层摩擦学行为的影响.结果表明:在软金属Ag析出、Ba F2/Ca F2脆-塑性转变和摩擦氧化协同作用下,随温度升高Ni3Al/316L和Ni3Al/Al2O3摩擦副的摩擦系数和磨损率具有一致的变化规律,且Ni3Al/Al2O3摩擦副性能更佳.25℃时,涂层与316L对摩时发生黏着磨损和磨粒磨损,而与高硬度的Al2O3对摩时发生脆性剥层和磨粒磨损,使涂层表面更粗糙导致较高的摩擦系数;Al2O3热导率较低,高接触应力作用下产生的大量摩擦热不能及时耗散,剥落材料贮存于剥落坑或黏附于磨损表面,使Ni3Al/Al2O3摩擦副具有较低的磨损率.200~600℃时,高硬度的Al2O3对涂层的犁削作用较强导致Ni3Al/Al2O3摩擦副具有高的摩擦系数;而涂层在Al2O3碾压下发生塑性变形,使其具有较低的磨损率.800℃时,高硬度的Al2O3促使磨损表面形成高氧化物含量的润滑膜,使Ni3Al/Al2O3摩擦副具有低的摩擦系数和高的磨损率.

Ni3Al（Cr）合金室温干滑动摩擦磨损性能研究

采用真空电弧熔炼法制备添加不同Cr含量的Ni3Al(Cr)合金,观察其组织和力学性能变化,以Si3N4为对磨副,探究不同载荷下Ni3Al(Cr)合金的摩擦磨损机制.利用扫描电子显微镜拍摄材料的组织以及磨痕、磨痕截面形貌,测量磨痕截面显微硬度的变化.研究结果表明:随着Cr含量的增加,Ni3Al(Cr)材料的硬度,摩擦系数和磨损率不断增加,Ni3Al-12Cr合金的摩擦磨损性能较好.随着载荷的增加,Ni3Al(Cr)合金的摩擦系数略有减小,磨损率不断升高;Ni3Al合金随载荷的增加磨损机制由磨粒磨损和氧化磨损转变为疲劳磨损,剧烈的剥层磨损为主,并伴有氧化磨损,而Ni3Al-12Cr合金在不同载荷下磨损机制主要为磨粒磨损和氧化磨损.

凝固速度对Ni/Ni3Al基高温合金组织演变及相变行为的影响

Ni/Ni3Al基高温合金因其优异的高温强度、抗氧化性能和抗蠕变能力等优点,被广泛应用于航空航天等领域。简要介绍了凝固速度对Ni/Ni3Al基高温合金中γ′,β相以及碳化物等析出相的组织演变及相变行为的影响,为Ni/Ni3Al基高温合金非平衡凝固的研究开发及组织调控提供借鉴和指导。Ni/Ni3Al基高温合金中γ′,β相以及碳化物等析出相对凝固过程中的冷却速度十分敏感。在高凝固速度下,这些析出相会呈现与低冷却速度凝固截然不同的组织特征,高凝固速度会使合金中γ′尺寸显著减小,形貌倾向于球形,β相发生马氏体相变等,并最终对合金的综合性能产生重要影响。

NiCrAlY涂层与Ni3Al基单晶高温合金IC21基体互扩散行为研究

采用低压等离子喷涂技术在Ni3Al基单晶高温合金IC21基体上沉积NiCrAlY涂层.将样品在1150℃的恒定温度下进行200h的静态氧化,利用SEM、EDS、XRD及TEM表征涂层和基体在高温下互扩散后的微观结构和相组成,得到涂层与基体高温下的互扩散规律.结果表明:NiCrAlY涂层/IC21单晶在1150℃下静态氧化5h时出现了互扩散区(IDZ)和二次反应区(SRZ);随着氧化时间的延长,IDZ的厚度呈现逐渐增宽趋势,初始0~50h时IDZ厚度增率攀升较快,50~100h时增长有放缓趋势,100~200h时增速下降明显;NiCrAlY涂层/IC21单晶在1150℃下静态氧化后产生了两种不同取向的析出相,分别为针叶状和竹叶状,析出相成分均包含Re,Mo,Cr及Ni元素且成分相近,根据晶面间距计算得出该相为μ-TCP相,出现不同取向的原因为Re和Mo元素易在基体中形成局部过饱和,元素的差异使μ-TCP相优先沿着Re或者Mo含量较高的晶面生长,从而使μ相产生两种不同取向.