水轮机过流部件Mo_(2)FeB_(2)金属陶瓷覆层制备及组织性能研究

本文通过1200℃热等静压工艺在水轮机过流部件06Cr13Ni4Mo钢表面制备Mo_(2)FeB_(2)基金属陶瓷覆层,采用OM、SEM和EDS对金属陶瓷覆层的组织及其与基体的冶金结合进行表征,采用硬度仪检测覆层的显微维氏硬度。结果表明:Mo_(2)FeB_(2)基金属陶瓷覆层组织均匀,与钢基体完全融合,微观组织由硬质相和基体相组成,硬质相主要呈等轴块状和少量长条状,均匀分布于基体中;覆层组织的显微维氏硬度为1180 HV1。热等静压后不锈钢基体的强度、硬度降低,塑韧性提高。

纳米HfC对微波烧结TiB_(2)基金属陶瓷刀具材料力学性能和微观组织的影响

采用微波烧结技术快速制备一种力学性能良好的TiB_(2)基金属陶瓷刀具材料,研究了纳米HfC含量对金属陶瓷力学性能和微观组织的影响,分析了微观组织和力学性能之间的关系,揭示了纳米HfC对金属陶瓷刀具材料的增强补韧机理。结果表明:加入纳米HfC可显著提高材料的断裂韧度和抗弯强度,含20wt.%HfC的金属陶瓷断裂韧度和抗弯强度相较于未加HfC的断裂韧度和抗弯强度分别提高了36.7%和45.4%,断裂韧度高达10.68MPa·m^(1/2)±0.30MPa·m^(1/2);随着纳米HfC含量的增加,TiB_(2)基体晶粒由粗大、无规则形状向细小、矩形形状转变,平均晶粒尺寸可缩小到原来的1/2.6;TiB_(2)-TiC-HfC金属陶瓷的主要增强补韧机理为细晶强化、颗粒弥散强化、固溶强化、裂纹偏转和钉扎效应。

TiC对激光熔覆Mo_(2)FeB_(2)金属陶瓷组织和性能的影响

Mo_(2)FeB_(2)金属陶瓷具有高硬度,优异的耐磨、耐腐蚀性能,应用前景广阔。文中对激光熔覆制备Mo_(2)FeB_(2)金属陶瓷进行了研究,采用扫描电镜(SEM)及其附带的能谱(EDS)、X射线衍射仪、硬度计及磨损试验等手段,研究了粉末中TiC加入量对熔覆层组织与性能的影响。结果表明,通过熔池的冶金反应原位合成获得了以Mo_(2)FeB_(2)为硬质相的熔覆层;随着粉末中TiC添加量的增加,硬质相由不添加TiC的细长条状变为块状,且尺寸逐渐减小;添加5%TiC粉末时,熔覆层的显微硬度最高,达到994HV,其耐磨性是Q235的3.27倍,主要为粘着磨损,母材Q235为磨料磨损。

(Cr,La)_(2)(C,N)添加对Ti(C,N)基金属陶瓷结构与性能的影响

在开放体系下采用高温碳管炉制备了(Cr,La)_(2)(C,N)粉末,并将其作为添加剂制备Ti(C,N)基金属陶瓷。利用X射线衍射仪、扫描电镜、万能力学试验机及维氏硬度计等设备研究了(Cr,La)_(2)(C,N)添加对Ti(C,N)基金属陶瓷微观组织和力学性能的影响。结果表明,(Cr,La)_(2)(C,N)的添加能够有效细化Ti(C,N)基金属陶瓷的硬质相晶粒,其中Cr、La元素主要固溶于粘结相,La元素促进了硬质相的溶解–析出过程,金属陶瓷的抗弯强度、硬度以及断裂韧性等力学性能得到明显改善。当添加(Cr,La)_(2)(C,N)的质量分数为5.0%时,Ti(C,N)基金属陶瓷的综合力学性能达到最佳,抗弯强度为2002 MPa,维氏硬度为1643 MPa,断裂韧性为11.22 MPa·m^(1/2)。

Nb_(2)O_(5)含量对原位碳热还原法制备的Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响

以原位碳热还原法制备了Ti(C,N)基金属陶瓷,研究了Nb_(2)O_(5)添加量对金属陶瓷显微组织和力学性能的影响规律。结果显示:当添加Nb_(2)O_(5)的质量分数由0增加至2.80%时,金属陶瓷硬质相晶粒明显细化,显微组织中“白芯-灰环”晶粒数量增多;室温抗弯强度、硬度、临界热震温差和高温抗弯强度有所增加,但断裂韧性略微降低。随着Nb_(2)O_(5)的添加量继续增加,金属陶瓷显微组织中出现孔洞,室温抗弯强度、硬度、临界热震温差、高温抗弯强度和断裂韧性均不断下降。当Nb_(2)O_(5)的添加量为2.80%时,金属陶瓷表现出最佳的综合力学性能,其室温抗弯强度、硬度、断裂韧性、临界热震温差和高温抗弯强度分别为:2439MPa、90.6HRA、12.8MPa•m^(1/2)、360℃、1519MPa。

Fe-44.4%Mo-4.9%B-2.5%Cr-2.9%Ni金属陶瓷烧结阶段晶粒生长机理

Mo_(2)FeB_(2)基金属陶瓷是以Mo、Fe、Cr、Ni、FeB、C为原料,采用反应硼化烧结法制备而成,具有高硬度、高强度和高韧性的特点,并且制造成本相对低廉。本文采用真空液相烧结的方法制备Fe-44.4%Mo-4.9%B-2.5%Cr-2.9%Ni金属陶瓷,研究固相、液相烧结阶段金属陶瓷硬质相形貌及生长过程与机理。结果表明:在600℃前,Fe与片状FeB生成Fe_(2)B相,进入固相烧结阶段;随温度升高至900℃,在升温过程中Mo在Fe_(2)B界面上与Fe_(2)B反应形核生成Mo_(2)FeB_(2),生长方式表现为螺旋生长,并且形成生长台阶;温度继续升高至1000℃,Mo_(2)FeB_(2)晶粒继续长大,突破临界半径,开始析出小Mo_(2)FeB_(2)晶粒;温度升高至1050℃,溶解析出一直进行,Mo_(2)FeB_(2)开始长大成截面为正六方形的晶粒。期间经历形核、螺旋生长、溶解析出、形成截面为正六方形晶粒四个阶段,最终由Mo和FeB、Fe_(2)B相形成正六方形的Mo_(2)FeB_(2)晶粒。在1050℃后会进入液相烧结阶段,Mo_(2)FeB_(2)硬质相柱状生长,其长轴、短轴晶粒生长激活能分别为317 kJ/mol和402kJ/mol,因此Mo_(2)FeB_(2)晶粒更易沿长轴生长,最终生长为长条状。

喷砂时间对TiCN/α-Al_(2)O_(3)/TiN涂层金属陶瓷刀片表面状态和磨损性能的影响

采用化学气相沉积法在金属陶瓷基体表面沉积了MT-TiCN/α-Al_(2)O_(3)/TiN涂层,再对CVD涂层金属陶瓷刀片进行喷砂处理,分析经不同喷砂时间处理后的涂层金属陶瓷刀片的表面形貌、力学性能以及耐磨性能。结果表明:喷砂时间对涂层金属陶瓷刀片表面的冲蚀程度影响较大。未经喷砂处理的涂层表面粗糙度较高且存在较大的残余拉应力,而喷砂处理后的涂层金属陶瓷刀片的表面粗糙度与表面残余应力大幅下降,且表面硬度和耐磨性大幅提高。当喷砂时间为10s时,涂层金属陶瓷刀片获得了最低的表面粗糙度,与未喷砂的涂层刀片相比,表面残余拉应力降低了85%。基于不同喷砂时间处理后的涂层表面粗糙度、硬度、残余应力以及后刀面磨损形貌,得到的最佳喷砂时间为10s。

Al_(2)O_(3)复合金属陶瓷材料的有效分离和ICP光谱法研究

金属陶瓷材料应用领域越来越广,为实现对其组分的实验分析,文章通过对性能特性、各相组成和化学特性研究,完成Al_(2)O_(3)复合金属陶瓷材料中Al、Cu、Fe等21项元素的测试应用研究。本研究方法测定Al_(2)O_(3)复合金属陶瓷材料元素含量快速灵敏、正确度高、精密度好,有很好的实用价值。

石墨烯/纳米Al_(2)O_(3)增韧Ti(C,N)基金属陶瓷的力学及摩擦磨损性能

采用真空热压烧结工艺制备了石墨烯(GNPs)和纳米Al_(2)O_(3)增韧的Ti(C,N)基金属陶瓷复合刀具材料(TAG)。研究了GNPs和纳米Al_(2)O_(3)对复合陶瓷材料微观结构、力学性能和摩擦磨损性能的影响。研究表明,GNPs和纳米Al_(2)O_(3)的添加对复合陶瓷材料的力学性能有明显的提高,当GNPs和纳米Al_(2)O_(3)含量(质量分数)为1%和5%时,复合刀具陶瓷材料(TA5G1)综合力学性能最优,其硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为21.50 GPa、810.80 MPa和10.51 MPa·m^(1/2)。研究了复合刀具材料的摩擦磨损性能和磨损机理,研究结果表明,在TAG复合刀具材料中,TA5G1的摩擦磨损性能最优,其摩擦系数和磨损率分别为0.338和4.921×10^(-6)mm^(3)/(N·m),复合刀具材料的主要磨损形式为磨粒磨损和黏着磨损。

扫描速度对Mo_(2)FeB_(2)金属陶瓷激光熔覆层组织和耐磨性能的影响

采用激光熔覆工艺在Q235钢板表面制备Mo_(2)FeB_(2)金属陶瓷熔覆层,研究了激光扫描速度对熔覆层组织、显微硬度和耐磨性能的影响。结果表明:Mo_(2)FeB_(2)金属陶瓷熔覆层由Mo_(2)FeB_(2)、(Mo,Fe,Cr)_(3)B_(2)、CrB、MoB、Fe-Cr等相组成;随着扫描速度的增大,Mo_(2)FeB_(2)硬质相由长条状转变成块状,尺寸减小;扫描速度对硬质相含量的影响不大;随着扫描速度的增大,Mo_(2)FeB_(2)金属陶瓷熔覆层的平均显微硬度和磨损质量损失均先减小后增大;扫描速度为400 mm·min-1时熔覆层的硬度较高,耐磨性能最好。

Nb_(2)O_(5)含量对Fe/FeAl_(2)O_(4)金属陶瓷结构和力学性能的影响

以白云鄂博铁精矿和Al_(2)O_(3)粉末为主要原料,采用铁精矿可控碳热还原原位生成Fe和FeAl_(2)O_(4),常压高温烧结制备Fe/FeAl_(2)O_(4)金属陶瓷,并探讨了Nb_(2)O_(5)含量对材料性能和微观结构的影响。结果表明,制备的金属陶瓷中两相分布均匀;添加Nb_(2)O_(5)可以活化陶瓷颗粒表/界面而利于烧结,并可促进陶瓷相形成柱状微纳米晶;当Nb_(2)O_(5)含量为2%时,可明显改善力学性能,优化条件下金属陶瓷的维氏硬度和抗弯强度分别达到596 MPa和132 MPa,此时金属陶瓷的断裂属于韧性断裂。研究可为低成本制备金属陶瓷提供一条工艺路线,并可以充分利用白云鄂博矿特有的关键战略元素铌资源。

Ni-ZrO_(2)金属陶瓷电极材料的导电性能研究

为研究Ni-ZrO_(2)金属陶瓷电极材料导电性能,基于通用有效介质(GEM)方程建立Ni-ZrO_(2)金属陶瓷的电导率计算模型,通过实验研究和模型计算相结合,分析金属陶瓷两相组分、温度和相对密度对电导率的影响。结果表明,基于GEM方程的Ni-ZrO_(2)金属陶瓷1000℃时电导率模型中Ni金属相的逾渗阈值f_(c)为0.689,临界指数t为1.388。模型计算的电导率值与实验测量结果基本吻合。当Ni金属相的体积分数>40%时,金属陶瓷电导率随着温度的升高而,显著下降,呈现电子导电的温阻特性;当Ni金属相的体积分数<30%时,金属陶瓷电导率随着温度的升高而显著升高,呈现离子导电的温阻特性;随着烧结试样相对密度的增加和孔隙率的下降,金属陶瓷相对电导率逐渐增大。

WC添加量对等离子喷涂Mo_(2)FeB_(2)金属陶瓷涂层组织和耐腐蚀性能的影响

采用等离子喷涂法在Q235钢表面制备不同质量分数(0,10%,15%,20%,25%)WC改性Mo_(2)FeB_(2)金属陶瓷涂层,研究了WC添加量对涂层物相组成、显微组织和耐腐蚀性能的影响。结果表明:WC改性Mo_(2)FeB_(2)金属陶瓷涂层均主要由Mo_(2)FeB_(2)、WC、W_(2)C、铁和铁的氧化物相组成;当WC质量分数由0增加至15%时,金属陶瓷涂层的Mo_(2)FeB_(2)和WC双硬质相数量增多,尺寸减小,分布趋于均匀,当WC质量分数超过15%时,双硬质相发生聚集,孔隙率增大,涂层致密性下降;当WC质量分数为15%时,涂层组织最均匀致密,耐腐蚀性能最好。

Fe/Al_(2)O_(3)金属陶瓷复合材料的研究进展

介绍了Fe/Al_(2)O_(3)金属陶瓷复合材料的制备方法,重点从粉末冶金的角度阐述了Fe/Al_(2)O_(3)金属陶瓷复合材料制备过程中铁基和陶瓷相的结合机理、制备工艺和材料性能的优化措施,最后就Fe/Al_(2)O_(3)金属陶瓷复合材料的未来研究方向进行了展望。

碳含量对Mo_(2)FeB_(2)基金属陶瓷的影响

采用真空烧结工艺制备了4种不同碳含量0、0.25%、0.5%、1%(质量分数,下同)的Mo_(2)FeB_(2)基金属陶瓷,研究了碳含量对金属陶瓷微观组织和力学性能的影响。结果表明:随着碳含量的增加,金属陶瓷的液相形成温度降低,金属陶瓷的硬度和抗弯强度呈先增大后降低的趋势。当碳含量为0.5%时,硬质相和粘结相两相组织分布最为均匀致密,金属陶瓷的硬度和抗弯强度最佳(88.5 HRA,1858.5 MPa)。当碳含量增加到1%时,过量的碳与Fe形成了脆性Fe_(3)C相,导致组织粗化和力学性能降低。

Ni-ZrO_2金属陶瓷导电性能及力学性能的研究

采用传统粉末冶金法(粉末压坯—烧结)制备了致密Ni-ZrO_2金属陶瓷,并测试了金属陶瓷试样的常温及高温电导率和抗弯强度。采用通用有效介质方程GEM计算得到Ni-ZrO_2金属陶瓷的室温电导逾渗阈值为0. 376,临界指数t为1. 738。当Ni的体积分数小于30%时,金属陶瓷呈离子电导特性,电导率随温度的升高而升高;当Ni的体积分数大于40%时,金属陶瓷呈电子电导特性,电导率随温度的升高而降低。Ni-ZrO_2金属陶瓷的抗弯强度随Ni含量的增加而增加,高温抗弯强度较室温抗弯强度低。

氧掺杂对NiCrAlYN纳米金属陶瓷涂层抗氧化性能的影响

研究了不同O含量掺杂对NiCrAlYN纳米金属陶瓷涂层在1100℃下抗氧化性能的影响。采用多弧离子镀设备,分别在0、10 sccm、20 sccm O_(2)流量下制备得到3种不同O含量的涂层。经1100℃、300 h的高温测试后,3组样品表面均生成了α-Al_(2)O_(3)和NiAl_(2)O_(4),氧化膜厚度分别为8.78μm、7.9μm和5.7μm。O_(2)流量为0和10 sccm涂层的氧化膜产生明显分层,其中上层为NiAl_(2)O_(4),下层为α-Al(2)O_(3);而流量为20 sccm涂层的氧化膜并没有发生明显分层。O掺杂量的增加能够抑制氧化膜中大颗粒状Y-Al氧化物夹杂的形成,降低氧化膜的生长速率。此外,氧化后未掺杂氧的涂层较含氧涂层退化严重,主要归因于氧掺杂涂层中弥散分布的氧化物颗粒抑制了涂层的退化。

铝电解用NiFe_2O_4基金属陶瓷的制备

以铝电解惰性阳极为应用目标 ,制备了不同金属相 (Cu Ni)含量的Ni Cu NiFe2 O4 金属陶瓷 ,研究了烧结气氛、温度和保温时间对其性能的影响 ,解决了烧结过程中氧化物陶瓷的离解和金属相被氧化的问题 ,比较了不同烧结条件下所得试样的基本物理参数 ,找到了较优的Ni Cu NiFe2 O4 金属陶瓷制备工艺。结果表明 :Cu NiFe2 O4 金属陶瓷的金属相中添加 15wt%Ni后 ,可以提高金属相的液相线温度 ,改善金属相对NiFe2 O4 陶瓷相的润湿性能 ,从而可在保证金属相不溢出且分布均匀的前提下 ,大大提高金属陶瓷的烧结温度和保温时间 ,显著提高金属陶瓷的致密度 ,进而改善金属陶瓷惰性阳极的耐腐蚀性能和导电性能。

NiFe_2O_4基金属陶瓷材料的制备及其耐腐蚀性能

采用传统粉末冶金技术制备了铝电解用Cu NiFe2O4和Ni NiFe2O4金属陶瓷惰性阳极,并对其在Na3AlF6 Al2O3熔体中的腐蚀行为进行了研究。研究结果表明:NiFe2O4基金属陶瓷阳极的腐蚀行为与热力学计算结果吻合;金属Cu与NiFe2O4陶瓷的润湿性能不好,Cu NiFe2O4金属陶瓷的致密化和导电性能难以提高;致密度过低时,会导致金属相高温氧化和电解质浸渗,电极肿胀、开裂;在电解过程中,5%Cu NiFe2O4存在金属相聚集和在陶瓷基体中Fe优先溶解的现象,但金属铜并未发生阳极溶解;5%Ni NiFe2O4金属陶瓷易实现致密化烧结,在电解过程中表现出良好的耐腐蚀性能,会发生金属Ni的阳极溶解,并存在陶瓷基体中铁优先溶解的现象。

金属含量对Cu-Ni-NiFe_2O_4金属陶瓷导电性能的影响

制备了添加不同含量的Cu和Ni金属粉末作为导电组元的NiFe2O4基金属陶瓷材料,研究了材料的物相组成、显微组织以及金属相含量对材料致密度和电导率的影响。研究结果表明,所制备的金属陶瓷材料由NiFe2O4和Cu Ni合金相组成,其中细小且形状不规则的(Cu Ni)相均匀地镶嵌在NiFe2O4陶瓷基体上;试样的致密度在金属含量为0～20%范围内存在极大值;Cu Ni NiFe2O4金属陶瓷遵循半导体导电机理,其电导率随着温度的升高和金属含量的增大而增大。