Nb/α-Ti_3Al体系的互扩散行为

采用反应扩散偶的方法,研究了Nb元素在α-Ti3Al中的扩散行为.反应扩散偶经过120 h扩散退火,在高温(1 573 K)下生成了均匀的β-(Ti,Nb)扩散层;低温(1 273,1 423 K)下生成不均匀的扩散区,相组成为Ti3Al(Nb),β-(Ti,Nb)及Nb2Al.采用Dayananda方法计算了体系的扩散系数,即根据一个扩散偶的浓度分布曲线计算体系的扩散系数.采用平均扩散系数来表征体系的扩散系数,得出扩散模型和相关扩散机理.结果表明:Ti和Al的主扩散系数比Nb的主扩散系数大5个数量级;Ti的主扩散系数约是Al的2倍.Nb通过占据Ti的空位进行扩散,Nb的掺入阻碍了Ti元素扩散,从而提高了α-Ti3Al体系的高温抗氧化性能.

掺杂Nb_2O_5对RHP合成Al_2O_3-TiAl复合材料的影响

采用反应热压(RHP)工艺,利用Ti、Al、TiO2及Nb2O5之间的放热反应,在较低温度下制备了Nb2O5强化Al2O3/TiAl复合材料。借助XRD、OM及SEM等手段,考察了Nb2O5对Al2O3/TiAl复合材料的相分布及组织结构的影响。结果表明:材料产物由γ-TiAl、α2-Ti3Al、Al2O3和NbAl3相构成,Al2O3颗粒分布于基体交界处,存在一定的偏聚。Nb2O5的引入,使得γ-TiAl相含量减少,α2-Ti3Al相含量增大;基体晶粒有所细化,且分布逐渐趋于均匀。当Nb2O5的引入量(质量分数)为6%时,组织主要由α2-Ti3Al/γ-TiAl层片状晶团组成,出现了较完整的γ-TiAl晶粒,属于近片层(NL)组织结构,层片状晶团的尺寸小于50μm,γ晶粒尺寸小于5μm。力学性能测试表明,当Nb2O5的引入量(质量分数)为6%时,材料的抗弯强度达到最大值,约为593MPa,硬度为4·77GPa;断裂韧度达到最大值,为8·93MPa·m1/2,具有可接受的力学性能。

AN IN-SITU STUDY ON DISLOCATION BEHAVIOR OF CRACK-TIP IN Ti_3Al-Nb ALLOY

ＡＮＩＮＳＩＴＵＳＴＵＤＹＯＮＤＩＳＬＯＣＡＴＩＯＮＢＥＨＡＶＩＯＲＯＦＣＲＡＣＫＴＩＰＩＮＴｉ３ＡｌＮｂＡＬＬＯＹ①ＷｕＹｉｎｇ，ＺｈｅｎＬｉａｎｇ，ＹａｎｇＤｅｚｈｕａｎｇＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｒ...

Al_2O_3陶瓷/Nb钎焊接头残余应力场的有限元分析

利用有限元法,采用弹塑性理论对Al2O3陶瓷/Nb接头的应力场进行了数值模拟。得出了接头部位应力σx,σy和τxy的分布状态,研究发现在当接头界面结合良好时在界面附近的陶瓷侧的残余主应力(σ1)出现极大值,裂纹最有可能从此处开启,然后在残余主应力(σ2)的作用下向陶瓷内部延伸。

铝热剂法原位合成农机刀具Al_2O_3-Ti(C,N)复合涂层组织结构及性能

为了提高旋耕刀、犁铧等农机触土刀具表面强度,以铝热剂的放热反应提供内在热源、等离子弧作为外在热源,采用反应等离子熔覆技术在Q235钢表面原位合成了Al_2O_3-Ti(C,N)复合材料涂层。利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、显微硬度计、金相显微镜等对复合涂层的微观结构及强质硬化相的成分、组织及性能进行了分析。结果表明:涂层与基体呈冶金结合,涂层主要由网状、嵌套、球状等3种结构组成,硬质相Al_2O_3、Ti(C,N)与粘结相Fe-Ni之间相互包裹、互相嵌套,构形成空间网状骨架结构;涂层硬度最高可达HV_(0.5)2160,平均硬度HV_(0.5)1870,约为基体Q235钢的7.7倍;涂层摩擦系数约为0.372,其磨损量约为65Mn钢及Q235钢的1/7和1/17,与基体相比,复合涂层具有较高的硬度和较好的摩擦磨损性能,可以为农机材料表面强化提供参考。

激光沉积制备Nb_3Al基难熔金属间化合物研究

通过控制激光功率使Nb-12Ti-22A l(at%)和Nb-22A l(at%)两种成分配比的混合元素粉末在Ti-6A l-4V基体上激光沉积合成了Nb3A l基难熔金属间化合物,并达到了预期设定的成分配比,其显微组织均匀细小,在-δNb3A l基体上分布着不同形态的β-Nbss。在合适的激光功率下,无裂纹的沉积层厚度有一定的限制,随着沉积厚度的增加,沉积层中残余拉应力增大,沉积薄壁件容易在底部发生断裂。由于Ti的添加使Nb-12Ti-22A l的的裂纹倾向性小于Nb-22A l。

Fe含量对钛铁矿原位反应合成Al_2O_3-Ti(C,N)-Fe复合材料的影响

利用钛铁矿通过碳热铝热原位还原反应、采用热压工艺制备了致密的Al2O3-Ti(C,N)-Fe复合材料,使钛铁矿两种主体成分Ti和Fe得到充分有效的利用。研究了Fe含量对制备过程、合成产物组织和性能的影响。结果表明,Fe含量的增加降低了碳热反应的温度;随Fe含量的增加,Fe相开始团聚,材料的组织都变得粗大;同时,随Fe含量的增加,Al2O3-Ti(C,N)-Fe复合材料的硬度稍有下降,抗弯强度明显降低。

原位热压合成Nb掺杂Al_2O_3/TiAl复合材料

利用Al-Ti-TiO2-Nb2O5体系的放热反应,原位热压合成了Nb掺杂Al2O3/TiAl复合材料。借助DTA结合XRD探讨了Al-Ti-TiO2-Nb2O5体系的反应过程,并采用XRD、OM和SEM研究了复合材料的物相组成及显微结构。结果表明:Al熔化的同时,体系发生了Al和Nb2O5的铝热反应,生成了NbO2和Nb等中间产物,并放出了较多热量,这些热量促使Ti和Al较早化合生成TiAl3,随即引发Al和TiO2较早的还原反应,进而促使材料在较低温度下致密烧结;产物由-γTiAl、α2-Ti3Al、Al2O3和NbAl3相构成,Al2O3颗粒分布于基体交界处,存在一定的团聚;Nb2O5的引入,对基体-γTiAl相和α2-Ti3Al相的的分布有一定的影响,使得基体晶粒细化,较好地改善了材料的力学性能。

机械合金化制备Nb_3Al超导体的工艺研究

利用机械合金化方法制备了一系列不同的Nb3Al块材,研究了球磨时间及退火温度对Nb3Al超导体成相及超导性能的影响,并采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和磁学测量系统等详细分析了不同制备条件下Nb3Al超导体的相成分、微观组织结构,以及超导性能的变化.结果表明:将Nb和Al粉末混合后,利用高能球磨设备,球磨1 h即可以生成Nb(Al)ss过饱和固溶体;当球磨时间增加到10 h时,样品粉末发生了非晶化.通过调节球磨时间、退火温度,成功制备出超导起始转变温度达到15.3 K的单相Nb3Al超导体.

Ti_3Al—19Nb合金的显微组织和结构研究

用透射电镜研究了Ti_3Al-19Nb合金在不同热处理状态下的组织结构及其变化规律。从β相区冷却后,随冷却速度不同可分别得到全部或主要为B2,B2+α_2或α_2相的组织。油淬样品在时效过程中α_2相晶粒及其反相畴尺寸均逐渐变大。

试样尺寸对Al_2O_3陶瓷/Nb钎焊接头应力场分布的影响

采用数值模拟的方法研究了试样尺寸对Al2O3陶瓷和Nb 钎焊接头残余应力场分布的影响,研究发现试样尺寸变化会对接头的残余应力场产生一定的影响。当试样尺寸在高度H 方向上不断增加时,残余应力分布趋势基本不变,只是应力峰值有所增加,且当高度H 增加到一定值时(在本研究中H=10 mm),其变化不再影响残余应力的分布,应力峰值不再增加。当试样尺寸在宽度W 方向上增加时,残余应力也是呈现不断增加的趋势,当试样宽度W 增加到25 mm后,残余应力峰值开始下降。所以适当增加试样尺寸可有效降低试样中残余应力分布,对接头设计有益。

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.

Nb对Ti/Al_2O_3复合材料力学性能的影响

研究了热压烧结条件下Nb元素对Ti/ [φ(Al2 O3 ) =80 % ]复合材料相对密度、抗弯强度、断裂韧性及维氏硬度等力学性能的影响 ,分析了其影响机理。结果表明 ,在Ti/ [φ(Al2 O3 ) =80 % ]的Al2 O3 复合材料中掺入Nb元素 ,材料的微观组织形貌得以细化 ,性能有了较大提高。随Nb掺量的增加 ,材料的相对密度、维氏硬度与抗弯强度先增大后减小 ,当掺量为 φ =1.5 %时 ,其相对密度、抗弯强度、维氏硬度达到最高 ,分别为 98.13%、5 0 1.0 6MPa和 2 0 .31GPa ,断裂韧性随Nb掺量的增加而增大 ,当掺量为 φ =2 %时 ,其断裂韧性为5 .2 4MPa·m1/ 2 。

高场磁体用Nb_3Al超导线材研究进展

Nb3Al超导体的超导转变温度(Tc)和上临界磁场(Hc2)与Nb3Sn类似,但具有更好的应力应变容许特性和高场临界电流密度(Jc)。因此,被认为是下一代高场磁体应用的理想材料。目前国际上报道的Nb3Al超导线材单根长度可以达到2.6 km;在4.2 K和15 T条件下,Jc达到1 000 A/mm2;但是由于制备工艺的复杂性,目前仍然无法实现大规模工业化应用。首先阐述了Nb3Al超导材料的基本特性,如Nb/Al扩散间距小、二者硬度匹配性小和低温热处理导致Al含量偏离化学计量比等,以及由此带来的材料加工和热处理方面的难点;系统介绍了近年来针对Nb3Al超导长线性能提升,在前驱体制备工艺、热处理工艺和表面覆Cu工艺方面的研究进展,并对不同的工艺进行了比较分析,重点讨论了线材制备过程中存在的关键性难点问题;最后,对Nb3Al超导材料的发展趋势进行了展望。

Nb/Al_2O_3钎焊界面的网状分割效应

首次研究了在Ａｌ２Ｏ３陶瓷与金属Ｎｂ的钎焊面之间加入一层金属Ｍｏ网，可大幅度提高接头的焊接强度，经用Ｎｉ５１Ｔｉ４９和Ｃｕ５２Ｎｉ１８Ｔｉ３０两种钎料焊接，焊后强度均提高５０％以上，断裂特征由陶瓷中的大块破损转变为沿界面的混合型断裂。金属网的加入对钎料凝固收缩应力产生了分割相消的作用。

掺杂Nb_2O_5对自生Al_2O_3强化TiAl复合材料结构的影响

采用原位反应热压法制备了自生Al2O3增强TiAl间金属化合物复合材料,通过第三元素(氧化铌)掺杂的形式,对其进行强化研究。采用DTA结合XRD分析对其反应过程进行了探讨。SEM,XRD及其它测试分析显示,引入氧化铌使铝热反应生成了更高的热能,材料能够在较低的温度下烧结。同时,Nb2O5的掺入对基体相生成比例(TiAl:Ti3Al)有一定的调控作用,也使材料中的自生氧化铝成分增强,对材料结构及性能产生了较大影响。

Al_2O_3/Cu_(70)Ti_(25)Zr_5/Nb界面结构及强度

本研究选用Cu70 Ti2 5 Zr5 活性钎料钎焊Al2 O3/Nb .通过对Al2 O3/Cu70 Ti2 5 Zr5 /Nb界面结构及接头性能研究 ,旨在进一步揭示Al2 O3/含Ti活性钎料间界面反应机制 ,并为指导工程应用提供最佳工艺参数 .借助扫描电镜、能谱、X射线衍射探讨了Al2 O3/Cu70 Ti2 5 Zr5 /Nb钎焊接头界面结构 ,并采用拉剪试验评价了接头强度 .研究结果表明 ,时间 0 .6ks ,温度小于 12 2 3K ,界面产生了 3种新相 :Cu2 Ti4O ,Ti0 .5 Zr0 .5 O0 .1 9,CuTi,界面结构为Al2 O3/Cu2 Ti4O +Ti0 .5 Zr0 .5 O0 .1 9/CuTi/Cu固溶体 +CuTi;温度大于 12 93K ,界面产生了Cu2 Ti4O ,Ti,CuTi 3种新相 ,界面结构为Al2 O3/Cu2 Ti4O/Ti固溶体 /CuTi/Cu固溶体 +CuTi.在 12 93K ,0 .6ks条件下 ,接头剪切强度最高达到 162MPa ,温度大于或小于12 93K 。

腐蚀促进位错发射、运动及SCC形核的TEM原位观察（Ti_3Al＋Nb──甲醇体系）

在ＴＥＭ中研究了Ｔｉ_３Ａｌ＋Ｎｂ在甲醇中的应力腐蚀开裂（ＳＣＣ）过程，结果表明，腐蚀过程能促进位错发射、增殖和运动；当其发展到临界条件时，纳米级应力腐蚀裂纹就在无位错区或裂尖形核。

α_2-Ti-25Al-xNb合金力学性质的第一原理计算

采用第一原理赝势平面波方法计算了D0_19结构的α_2-Ti-25Al-xNb(x=O—12,原子分数,%)晶体的弹性模量(B, G和E)和抗拉强度(σ_b),并利用Cauchy压力(c_(12)-C_(44))与G/B比值表征和评判了不同浓度Nb合金化时α_2一Ti-25Al- xNb合金的韧脆化倾向.结果表明:在x=2—12时,α_2-Ti-25Al-xNb晶体的抗拉强度(σ_b)与σ_2相合金的弹性模量(B, E和G)随x增加而增大;在x=0—6时,α_2-Ti-25Al-xNb合金脆性有一定改善,且x值越大韧化效果越好;但在x=7—9时,相对于α_2-Ti_3Al,合金脆性不但没有得到弱化,反而随x增加而加剧;随后,当x进一步增大时,合金脆性又随x增加再次得到改善,至x=12时,α_2-Ti-25Al-xNb合金的韧化效果最好.通过电子态密度(DOS)和投影电子态密度(PDOS)等电子结构的分析,初步解释了Nb的这种强化与韧化作用.

Al_2O_3P/Cu基复合材料与Nb钎焊研究

采用 Ag-20Cu-5Ti 对 Al2O3P/Cu 基复合材料与 Nb 的钎焊性进行了初步探讨。研究表明,通过在钎料中加入活性元素 Ti,可以减少和消除钎缝中的 Al_2O_3P颗粒,避免 Al_2O_3P颗粒在钎缝中的聚集,实现离子共价键 Al_2O_3P 向类金属键 TiO 转化,从而提高钎缝基体与颗粒相之间的匹配性。