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。

TiB+TiC含量对锻态钛基复合材料微观组织及力学性能的影响

通过3次真空自耗电弧熔炼、自由锻+旋锻的方式制备了不同TiB+TiC含量的颗粒增强钛基复合材料,研究了TiB+TiC含量对锻态钛基复合材料组织与力学性能的影响。结果表明,添加的B4C在基体中完全反应,TiC为唯一碳化物,TiB为唯一硼化物。经锻造后,钛基复合材料横向组织由球状、片状α相和包围在四周的β相组成,短棒状和块状增强相离散分布,而纵向组织由沿着流变方向被拉长的α相和β相组成,增强相沿着流变方向排列分布。当TiB+TiC含量为5vol%时,钛基复合材料表现出优异的综合性能,抗拉强度达到1291 MPa,延伸率为8.5%,磨损体积较相同工艺制备的TC4钛合金减少25%。当TiB+TiC含量增加到10vol%时,粗大的TiB增强相和微孔缺陷数量大幅增加,钛基复合材料的塑性和耐磨性被削弱。

连续SiCf/TC17复合材料室温偏轴拉伸性能研究

采用磁控溅射法结合热等静压工艺制备SiCf/TC17复合材料,通过SEM观察试样的断口形貌,研究了复合材料在室温的偏轴拉伸性能及断裂机制。结果表明:纤维偏轴角度在0°~2°间,复合材料轴向性能变化较小,拉伸强度稳定在1960~1987 MPa;纤维偏轴角度再增大时(>2°),材料拉伸强度近似呈单调线性降低,由1870 MPa降至1797 MPa。纤维偏轴角度较小时(≤2°),平坦区基体与纤维断裂面平整,且两者的断裂面平行。纤维/基体界面没有明显的脱粘破碎迹象;纤维偏轴角度较大时(>2°),部分纤维存在“斜切断裂”,纤维拔出距离变长,且不再与基体的断裂面保持在同一平面,基体撕裂损伤严重。依据断口形貌结合局部承载模型,详细论述了SiCf/TC17复合材料两种拉伸失效的断裂过程。纤维偏轴角度较小时(≤2°),裂纹萌生于纤维间距较小的反应层,在界面处钝化或偏转进而形成不同截面的平坦区,当纤维超过承载能力极限,试样整体断裂;纤维偏轴角度较大时(>2°),“拉-剪”耦合效应导致C涂层与反应层间的界面脱粘破碎形成裂纹源,裂纹加速反应层受损或导致界面脱粘致使纤维断裂,当基体及剩余纤维超过承载能力极限,试样整体断裂。

激光熔化沉积TiC/TC4复合材料热-流行为及陶瓷颗粒分布状态

颗粒增强钛基复合材料在航空航天等领域具有广阔的应用前景,采用仿真与试验相结合的方法,对激光熔化沉积TiC/TC4复合材料过程中的热-流行为和沉积层中陶瓷颗粒的分布状态进行了研究.结果表明,工艺参数对熔池的热-流行为及沉积层形貌具有显著的影响,熔池表面的流体流动呈波纹状,熔融金属从熔池中心向四周流动;熔池底部等温面上熔融金属从四周流向熔池底部,并出现漩涡现象.在激光熔化沉积过程中,TiC颗粒穿透熔池表面的Marangoni对流区,在熔池中与流体交互作用,最终在沉积层中出现沉积层中上方部位团聚、沉积层中下方部位团聚、沉积层中均匀分布等分布状态.

Mg-Gd-Zn高稀土镁基复合材料的变形行为

通过半固态搅拌铸造和热挤压工艺制备了TC4(Ti-6Al-4V)颗粒增强Mg-13Gd-5Y-2Zn-1Mn镁基复合材料,采用光学显微镜、扫描电镜、单轴压缩试验和三点弯曲试验分析了其显微组织及变形行为。结果表明,在挤压过程中,TC4颗粒阻碍了其周边晶粒的动态再结晶过程和长周期堆垛有序(LPSO)相的变形,晶粒的织构方向发生改变,在基体内形成了LPSO相、TC4颗粒、再结晶晶粒和变形晶粒组成的不同区域。复合材料的压缩性能相较于基体材料得到了较大提升,其压缩屈服强度和极限抗压强度可达到450和637 MPa,压缩应变为10.1%。在压应力作用下,复合材料内出现以<1120>86°孪晶为主的大量变形孪晶,产生了较强的孪晶强化。

钛合金Ti6Al4V表面纳米SiC增强Ni-Co基复合材料的制备工艺参数优化

以钛合金Ti6Al4V作为基体,采用电沉积技术制备了纳米SiC增强Ni-Co基复合材料。以复合材料中最高纳米SiC含量作为实验目标,通过极差分析对复合材料的制备工艺参数进行了优化,得到了最优工艺参数为:电流密度5 A/dm2、温度45℃、镀液中纳米SiC浓度10 g/L、pH 4.0。通过补充实验证实了最优工艺参数的正确性,结果表明:最优工艺参数下制备的复合材料表面质量良好,比较均匀地分布着微米级的孢状晶粒,其中纳米SiC含量约为3.18%。

SiC纤维增强钛基复合材料过渡液相扩散焊接头组织研究

针对S iCf/TC4钛基复合材料,进行其过渡液相扩散焊试验,并进行接头组织研究。结果表明:在试验条件下,采用自制的纤维+TiZrCuN i合金的复合中间层,通过合金与纤维的扩散,形成一紧密结合的界面,获得与母材接近的接头组织,实现钛基复合材料的成功连接。

增强体表面镀钛对TiC/TC4复合材料耐磨性的影响

为研究增强体表面镀钛对TiC/TC4复合材料耐磨性能的影响,以酒精为分散剂对酸洗和碱洗后的钛合金颗粒进行真空微蒸发镀钛处理,获得镀钛后的钛合金粉。将质量分数大于99%的碳化钛粉和镀钛后的钛合金粉,按不同比例混合,压制成不同增强体表面镀钛的TiC/TC4复合材料。测试其表面形貌和微观结构,并进行滑动摩擦和拉伸试验。结果表明:增强体表面镀钛处理的TiC/TC4复合材料硬度上升12.3HV,抗拉性能提高40 MPa,磨损量降低0.06 mg,动摩擦因数降低0.23,摩擦后不易脆性断裂,摩擦痕迹较轻微,耐磨性良好。

TiB_w/TC4钛合金与C/C复合材料钎焊接头的界面组织结构

采用活性钎料TiZrNiCu对TiBw/TC4钛合金和C/C复合材料进行了钎焊连接,借助SEM,EDS,XRD等分析手段研究了钎焊工艺参数对接头界面组织结构的影响.结果表明,采用TiZrNiCu钎料可以实现对两种材料的连接,接头典型的界面结构为:C/C复合材料/TiC+(Ti,Zr)2(Cu,Ni)/Ti(s,s)+(Ti,Zr)2(Cu,Ni)/TiBw/TC4钛合金.随着连接温度的升高或保温时间的延长,钎焊接头界面生成产物的种类并没有发生改变,但C/C复合材料侧TiC反应层逐渐变得连续且厚度逐步增加,α-Ti枝状晶变得粗大且数量增多,Ti(s,s)+(Ti,Zr)2(Cu,Ni)层逐渐变宽,(Ti,Zr)2(Cu,Ni)逐步分散在Ti(s,s)中.

电弧熔炼Ti6Al4V/B_(4)C复合材料微观组织与力学性能

采用真空电弧熔炼技术制备了不同含量B_(4)C的Ti6Al4V/B_(4)C钛基复合材料,并采用光学显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度计、静态压缩及拉伸测试等对其微观组织及力学性能进行了表征分析。结果表明,电弧熔炼过程B_(4)C与钛基体原位反应生成TiB,TiC及TiB_(2)相,TiB呈现一维生长晶须状,TiC呈现颗粒状,在B_(4)C质量分数为10%时生成块状TiB_(2),并可能会形成特殊的中空棱柱状结构Ti(B_(x)C_(y))聚合物。原位反应生成的TiB_(2)可显著提高钛基复合材料的显微硬度。当B_(4)C质量分数为0.5%时,钛基复合材料原位反应生成的连续网状、均匀分布的TiB和TiC试样具有最优力学性能,试样最大抗压强度值达到1990 MPa,最大压缩应变为35.5%,压缩性能超过熔炼钛合金,抗拉强度达到1034 MPa,与熔炼钛合金材料相比提高近24%,但塑性有所降低,并随着B_(4)C含量增加,抗拉强度逐渐下降,其断裂方式由韧性断裂转变为脆性断裂。

TC4钛合金与碳碳复合材料钎焊接头组织与性能的研究

TC4钛合金与碳碳复合材料连接强度不高,严重限制其在飞行器发动机喷管方面的应用。采用Ag-Cu-(4.6 wt%)Ti+0.3 wt%Al_(2)O_(3)活性钎料分别在860~920℃,5~20 min条件下,对两者进行钎焊连接,测试不同工艺条件下的剪切强度,并通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等方法对钎缝及断口微观组织进行研究分析。结果表明:钎缝典型组织为TC4/Ti(s.s)/Ti_(2)Cu/TiCu/Ag(s.s)+Ti_(3)Cu_(4)+TiCu/TiC+TiO/碳碳复合材料。钎焊温度决定着反应能否发生,温度和时间的提高都会加剧母材的溶解,导致焊缝中Ti元素的增加,使层厚增长;当钎焊工艺参数为880℃/10 min时,接头的剪切强度最高,达到27.8 MPa。

SiC连续纤维增强钛基复合材料研究

采用SCS-6SiC连续纤维和箔-纤维-箔法制备SiC长纤维增强的TC4和Ti40基复合材料,研究复合材料的微观组织结构。结果表明:采用925℃的固化工艺制备长纤维SiC/TC4和SiC/Ti40复合材料是合适的;SiC/TC4和SiC/Ti40复合材料的界面反应层厚度分别为0.8μm和0.6μm,基体与纤维的界面结合良好;在SiC/Ti40复合材料两纤维间区域存在TiC析出物。

原位生成TiB_2增强B_4C基复合材料设计与反应热力学研究

本文采用原位生成法设计了SiC TiB2 B4C和Al2 O3 TiB2 B4C两种新型多元颗粒增强B4C复合材料。根据原位反应生成TiB2 增强相的组织设计思路 ,通过计算反应生成焓ΔH和自由能ΔG的热力学数据 ,证明了原位反应制备所设计材料的可行性。经研究原位反应过程 ,发现原位反应经过若干不稳定中间相的过程 ,最终形成预期设计的多元增强相成分。

CNTs对TC4与C/C复合材料钎焊接头组织及力学性能的影响

试验采用加入了碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)的AgCu4.5Ti+xCNTs (x为质量分数,%)复合钎料(简称AgCuTiC复合钎料),实现了TC4钛合金与C/C复合材料的真空钎焊连接.通过SEM,EDS等分析手段确定了在CNTs含量为0.2%、钎焊温度为880℃、保温时间为20 min时接头的典型界面组织为TC4/扩散层/Ti2Cu/TiCu/Ti3Cu4/TiCu4/TiC+TiCu2+Ag(s.s)+Cu(s.s)/Ti3Cu4/TiCu4/TiC/C/C复合材料;研究了CNTs含量对接头组织与性能的影响.结果表明,随着CNTs含量的增加,钎缝宽度变化呈下降趋势,界面组织细化,界面中的Ti3Cu4与TiCu4脆性化合物的含量降低、TiC与TiCu2化合物的含量增加;接头的抗剪强度呈先上升后下降的趋势变化;当CNTs含量为0.4%时抗剪强度最高,达到44 MPa;CNTs的加入可使界面组织得到细化,有利于缓解钎缝中心区域与两侧母材之间存在的由于热膨胀系数不匹配而形成的较大残余应力,有效地提高了接头的抗剪强度.

放电等离子烧结制备TC4/Ti_(n+1)AlC_n-TiAl叠层结构复合材料的组织和性能

以TC4钛合金箔(Ti-6Al-4V)作为强韧层,TiC-Ti-Al混合粉末作为复合层,采用放电等离子烧结技术(SPS)制备TC4/Ti_(n+1)AlC_n-TiAl叠层结构复合材料(n=1或2)。研究了TC4/TiAl基叠层复合材料组成、结构和力学性能。结果表明:叠层之间结合良好,随着强韧层数量和Ti_(n+1)AlC_n含量的增加,界面层厚度减小,裂纹在扩展过程中Y型分叉角增大,应力集中因子减小,材料的力学性能显著提升。当强韧层数为9层时,材料的抗弯强度和断裂韧性在Arrester受力方向上达到最大值,分别为(1419.28±70.96)MPa和(62.17±3.11)MPa·m^(1/2)。

TiC_P/Ti-6Al-4Sn-2Mo-0.2Si复合材料的组织与机械性能

用熔铸法制备了体积分数分别为8%和12%TiC的TiCP/Ti-6Al-4Sn-2Mo-0 2Si复合材料.通过SEM、TEM、XRD等手段研究复合材料的微观组织和断口形貌.TiC颗粒的加入使复合材料的铸态强度比基体有了大幅度的提高,但同时出现了含低体积分数增强相材料的强度和延伸率均比高体积分数材料高的现象,其原因主要来自于铸态下TiC形态的差异,后者组织中存在较多的枝晶状TiC,而前者组织中绝大多数TiC为细小颗圆整颗粒,有利于合金性能的提高.因此自生复合材料中增强相形态对性能影响,有时比体积分数更重要.

电弧熔炼Ti6Al4V/B_(4)C复合材料微观组织与力学性能

采用真空电弧熔炼技术制备了不同含量B_(4)C的Ti6Al4V/B_(4)C钛基复合材料,并采用光学显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度计、静态压缩及拉伸测试等对其微观组织及力学性能进行了表征分析.结果表明,电弧熔炼过程B_(4)C与钛基体原位反应生成TiB,TiC及TiB_(2)相,TiB呈现一维生长晶须状,TiC呈现颗粒状,在B_(4)C质量分数为10%时生成块状TiB_(2),并可能会形成特殊的中空棱柱状结构Ti(B_(x)C_(y))聚合物.原位反应生成的TiB_(2)可显著提高钛基复合材料的显微硬度.当B_(4)C质量分数为0.5%时,钛基复合材料原位反应生成的连续网状、均匀分布的TiB和TiC试样具有最优力学性能,试样最大抗压强度值达到1990 MPa,最大压缩应变为35.5%,压缩性能超过熔炼钛合金,抗拉强度达到1034 MPa,与熔炼钛合金材料相比提高近24%,但塑性有所降低,并随着B_(4)C含量增加,抗拉强度逐渐下降,其断裂方式由韧性断裂转变为脆性断裂.

连续SiC纤维增强钛基复合材料横向强度分析

连续SiC纤维增强钛基复合材料（SiCf／Ti）具有良好的综合性能，但其横向性能低于钛合金基体。为了准确地预测SiCf／Ti复合材料的横向强度，北京航空制造工程研究所赵冰等人提出一种基于界面脱粘强度的计算模型。采用SiCf／Ti复合材料十字拉伸试件来测试复合材料的纤维／基体界面脱粘强度，并分析了热处理时间对界面脱粘强度影响规律，以及不同纤维之间界面脱粘强度的差别。

火花等离子烧结制造钛基复合材料

意大利的Trento大学的科研人员新近采用火花等离子烧结技术成功地制造了钛基复合材料，他们研究了颗粒增强剂对粉末冶金Ti6Al4V合金显微组织和力学性能的影响。采用两种不同的颗粒增强剂TiB2和SiC，同合金粉末简单的混合之后按同样的烧结过程进行烧结，火花等离子烧结可以在比其他方法较低的温度下以较短的时间完成烧结，因而其合金基体与增强剂之间相互作用的时间极短。用5％SiC作增强剂于1100℃下烧结制得的钛合金基复合材料，其延伸率约为4%.

TC4钛合金液冷板与结构件真空钎焊的工艺研究

针对TC4钛合金液冷板与细长结构件真空钎焊存在漏焊,一次焊接成功率低的问题,采用高、低温Ag-Cu基钎料及石墨配重的工艺方法进行钎焊,对钎缝进行了微观金相分析,检测液冷板的极限疲劳寿命、极限耐压强度和流动阻力。结果表明:利用高温Ag-Cu基钎料钎焊的液冷板测试件在1 MPa的极限耐压能力测试中,压力表示数稳定未漏气,在极限疲劳寿命测试过程中,经历2 000次0.5 MPa反复升压,未泄漏和损坏;低温Ag-Cu基钎料钎焊的液冷板测试件则发生漏气,压力表示数变化明显。TC4钛合金液冷板与细长结构件真空钎焊的过程中,高温Ag-Cu基钎料比低温Ag-Cu基钎料的焊接性能好。