SiC晶须和Ti(C,N)颗粒协同增韧Al_2O_3陶瓷刀具的研究

采用热压工艺烧结制备了SiCW Ti(C ,N) Al2 O3(Y2 O3)陶瓷刀具复合材料。研究了不同烧结温度(16 0 0～ 175 0℃ )下 ,材料的致密度和力学性能 (断裂韧性KIC ,维氏硬度HV和抗弯强度σf)随晶须含量 (10 %～4 0 % )的变化关系 ;探讨了SiC晶须和Ti(C ,N)颗粒对Al2 O3基体的协同增韧机理。同时与SiCW Al2 O3陶瓷及Ti(C ,N) Al2 O3陶瓷作对比研究。结果表明 :SiCW Ti(C ,N) Al2 O3(Y2 O3)陶瓷材料在 175 0℃ ,晶须含量为 2 0 %时获得最佳的综合力学性能 :KIC =7 11MPa m1 2 ,HV =2 1 16GPa ,σf=82 0MPa ;明显高于SiCW 含量为 2 0 %的SiCW Al2 O3陶瓷和不加晶须的Ti(C ,N) Al2 O3陶瓷。第三相Ti(C ,N)颗粒的加入与晶须一起产生明显的迭加增韧效果 ,而且对SiCW 的各种增韧机制起到了促进作用。

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。

自反应电弧喷涂原位合成Ti(C,N)TiB_2Al_2O_3复相陶瓷涂层

以Ti+B4C为反应药芯、Al为外皮材料制备反应型喷涂丝材,探讨利用自反应电弧喷涂技术在45钢基体表面制备复相陶瓷涂层的可行性。以X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)等方法分析、观察了涂层的组织与结构,测试了涂层的主要力学性能。结果表明:利用制备的药芯丝材进行喷涂试验,可获得由TiB2、TiB、TiC0.3N0.7、TiN、Al2O3、AlN等多相组成的复相陶瓷涂层。涂层呈典型的层状结构,其连续的基体相内弥散分布着离散的第二、第三相。涂层与基体间的结合强度为18.9MPa,涂层的平均显微硬度与弹性模量分别为735.4HV0.2和461.4GPa,摩擦因数在0.45～0.50之间,耐磨性能较基体材料提高3倍以上。

Al_2O_3/Ti(C,N)-Ni-Ti陶瓷刀具的切削性能

研究了Al2O3/Ti(C,N)-Ni-Ti陶瓷复合刀具对淬硬35CrMo合金钢进行连续干切削时各切削参数对切削力的影响.结果表明:切削深度对切削力的影响最显著,切削速度的影响最小.对比研究了Al2O3/Ti(C,N)和Al2O3/Ti(C,N)-Ni-Ti陶瓷刀具的耐磨性能和磨损形态:后者的耐磨性能明显优于前者,其中Al2O3/Ti(C,N)-5%(Ni,Ti)的耐磨性能最高.Al2O3/Ti(C,N)-Ni-Ti刀具的磨损形态主要表现为后刀面的磨粒磨损和疲劳磨损,由于这种材料具有较高的弯曲强度和断裂韧性,能有效防止前刀面出现崩刃破损现象,因此具有较高的可靠性,适用于高速切削.在高速切削条件(ap=0.06 mm,vc=254.9 m/min,vf=0.09 mm/r)下,Al2O3/Ti(C,N)-5%(Ni,Ti)刀具的切削耐用度为150 min.

Li_2Mg_2Si_4O_(10)F_2、H_2Mn_8O_(16)·1.4H_2O和Li_(1.3)Ti_(1.7)Al_(0.3)(PO_4)_3在高浓度LiCl水溶液中的离子交换行为

研究了用功能材料Li_2Mg_2Si_4O_(10)F_2(LHT)、H_2Mn_8O_(16)·1.4H_2O(CRYMO)和Li_(1.3)Ti_(1.7)Al_(0.3)(PO_4)_3(LTAP)分别去除高浓度氯化锂水溶液中的杂质Fe^(3+)、K^+和Na^+.实验结果表明,这几种功能材料分别对溶液中的杂质Fe^(3+)、K^+和Na^+有很高的选择性,除杂效果明显.分析和研究了这几种功能材料在高浓度氯化锂水溶液中分别与Fe^(3+)、K^+和Na^+的交换行为.结果表明,在高浓度氯化锂溶液中这几种功能材料与杂质交换的动力学行为可近似用JMAK方程描述.

纳米Al2O3对Ti(C，N)基金属陶瓷性能的影响

研究了纳米Al2O3对Ti(C,N)基金属陶瓷力学性能的影响,探讨了微米/纳米金属陶瓷的增韧机制。对断裂模式的改变、显微结构的变化、多条裂纹的产生等进行了分析。

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.

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。

添加物对Al_2O_3-TiC/Ti(C,N)系陶瓷复合材料组织和性能的影响

Al2O3-TiC/Ti(C,N)系陶瓷复合材料具有广阔的应用前景,但综合性能还有待进一步改善。分析讨论了TiC/Ti(C,N)主要成分含量对组织性能的影响,综述了Cr2O3、Y2O3、ZrO2等化合物添加物和Fe、Al、Co、Ni、Mo等金属添加物对Al2O3-TiC/Ti(C,N)系陶瓷复合材料中组织和性能影响的研究结果,并比较分析了其各自的特点。

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 。

Ti(CN)/TiC/Al_2O_3/TiN多层涂层的结构和界面结合力研究

采用中温、高温复合化学气相沉积技术(MHCVD)在WC-(6%wt)Co硬质合金基体表面制备了Ti(CN)/TiC/Al2O3/TiN多层陶瓷涂层。通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和数显显微硬度计等手段分析多层陶瓷涂层的表面及断面形貌、物相组成、显微硬度;采用表面划痕实验,结合形貌观察及X射线能谱分析(EDS)研究多层陶瓷涂层/硬质合金基体的界面结合力及其影响因素。结果表明:Ti(CN)/TiC/Al2O3/TiN多层陶瓷涂层结构均匀致密,涂层后硬质合金的显微硬度明显提高,约2600 HV,多层陶瓷涂层与基体界面结合良好,划痕实验显示临界载荷高达105 N,多层陶瓷涂层界面间的原子扩散作用对涂层/基体界面附着力有较大贡献,而涂层内部少量Ti2O3、W6Co6C等物相的存在对提高界面结合力也有帮助。

Thermodynamics on formation of C, Al_4C_3 and Al_2O_3 in AlCl disproportionation process in vacuum to produce aluminum

The formation conditions of C, Al4C3 and Al2O3 in the Al Cl disproportionation process in vacuum to produce aluminum was investigated by thermodynamics analysis. It is demonstrated that the required temperatures for the reactions to form these impurities, the disproportionation of CO and the reactions of metallic aluminum with CO, decrease with decreasing pressure. The lg pCO-1/T diagram of metallic aluminum-CO system agrees with the experimental results, indicating that the reaction rate is very high and this system in vacuum is approximately in equilibrium; therefore, the equilibrium diagram can be used to predict the possible reactions in this system in vacuum.

采用辅助脉冲电流液相扩散连接Ti(C,N)-Al_2O_3的接头形成行为及强度

采用辅助脉冲电流液相扩散连接方法,对Ti（C,N）-Al2O3陶瓷基复合材料与40Cr钢进行了焊接试验,重点研究了在辅助脉冲电流作用下,界面及焊缝组织演变、基体材料溶解等界面行为,探讨了工艺参数对接头强度及断口形态影响规律.结果表明,通过采用辅助脉冲电流液相扩散连接Ti（C,N）-Al2O3与40Cr钢,可以在较短的焊接时间条件下获得较为稳定的接头强度,四点弯曲平均强度位于231～272 MPa之间;降低焊接件整体加热温度以缓解接头残余应力,控制界面和焊缝化学冶金反应进程以较少金属间化合物数量、提高固溶体含量,抑制活性元素Zr向陶瓷基复合材料中的扩散进程以减少陶瓷颗粒向焊缝中的溶解量,是提升焊接接头强度的关键因素.

Ti(C,N)-Al_2O_3陶瓷基复合材料与40Cr钢辅助脉冲电流液相扩散连接

采用辅助脉冲电流液相扩散连接方法,对Ti(C,N)-Al2O3陶瓷基复合材料与40Cr钢进行了焊接试验,重点研究了在一定加热温度和保温时间条件下脉冲电流对界面元素分布、相结构、反应层厚度以及接头强度的影响规律.结果表明,辅助脉冲电流液相扩散连接可以实现Ti(C,N)-Al2O3陶瓷基复合材料的冶金结合,保温时间对焊接接头强度影响不明显,四点弯曲强度数据普遍处于146~180 MPa之间;在脉冲电流作用下,焊缝熔体中原子扩散行为、扩散路径以及扩散速率将发生显著变化,利用该特性,有助于改变界面金属间化合物的生长特性,控制焊缝中低熔点共晶组织含量,进而达到改善和提高焊接接头强度的效果.

添加Co,Ni和Mo对钛铁矿原位合成Al_2O_3-Ti(C,N)-Fe复合材料的影响

在钛铁矿原位反应合成Al2O3-Ti(C,N)-Fe复合材料的基础上,添加Co,Ni和Mo来改善Al2O3-Ti(C,N)-Fe复合材料的性能。通过物相分析、扫描电镜和力学检测手段研究不同金属添加剂对合成产物物相、组织和性能的影响。研究结果表明:添加Co和Ni以后在烧结过程中分别形成了含Co和Ni的[Fe,Co]及[Fe,Ni]固溶相,材料的硬度有所降低,抗弯强度有所提高但提高的幅度不大。Mo的添加阻碍了Ti(C,N)相的长大,细化了Ti(C,N)晶粒;在烧结过程中生成的Mo2C包覆在Ti(C,N)相的周围,改善了Ti(C,N)相与Al2O3相和Fe相的润湿性,这同时导致了材料硬度和抗弯强度升高。当Mo添加量为8%时,烧结材料的力学性能最佳,抗弯强度和硬度分别为476 MPa和19.4 GPa。

化学气相沉积Ti(CN)/TiC/Al_2O_3多层涂层的结构和耐磨性能

采用化学气相沉积技术在42CrMo钢基体表面制备了Ti(CN)/TiC/Al2O3多层涂层,分析了多层涂层的断面形貌、元素分布和物相组成,并研究了多层涂层的显微硬度及其与基体的界面结合力、耐磨性能。结果表明:Ti(CN)/TiC/Al2O3多层涂层的结构较致密,主要由TiC0.2N0.8、TiC、α-Al2O3和Ti2O3组成,厚度约10μm,其显微硬度约2 654HV,涂层与基体间的界面结合力可达62N;与基体相比,多层涂层的平均摩擦因数约降低了23%,磨损量约减少了50%,其磨损机制为疲劳磨损和磨粒磨损。

高速钢钻头电火花沉积Ti(C,N)/Al_2O_3复合涂层的组织及切削性能

目的在高速钢钻头表面电火花沉积Ti（C，N）／A12 O3复合涂层，以提高其切削性能。方法利用电火花沉积技术，以Ti（C，N）／A1 2O3作为电极材料，在高速钢钻头表面制备Ti（c，N）／A12 O3涂层，考察涂层的物相组成、组织形貌及横截面硬度分布，并进行切削试验。结果涂层组织均匀，厚度约32～36μm，物相主要为C0.3 N0.7 Ti，A12O3，A1Ti3，Fe7W6，Fe4N，TiN和A1N，平均硬度是基体高速钢的2．6倍。结论在高速铜钻头表面制备Ti（C，N）／A12O3涂层可以提高刀具的切削性能，延长其使用寿命。

石墨烯增韧Al_2O_3/Ti(C,N)纳米复合陶瓷刀具材料的制备及其微观结构分析

采用热压烧结工艺制备了石墨烯增韧Al_2O_3/Ti(C,N)纳米复合陶瓷刀具材料,测试了石墨烯垂直于(VHPD)和平行于热压方向(PHPD)上的力学性能,研究了石墨烯取向对其力学性能和微观结构的影响。测试结果表明石墨烯具有明显的增韧补强作用,石墨烯的取向对刀具材料的抗弯强度具有明显的各向异性。当石墨烯含量为0.75 vol%时,VHPD方向上的抗弯强度达到667 MPa,较未添加石墨烯的组分提高了16%;PHPD方向的抗弯强度为575 MPa,断裂韧性达到7.1 MPa·m1/2。采用扫面电子显微镜(SEM)对材料进行了微观结构分析,结果表明石墨烯拉断和拔出是其主要增韧形式。石墨烯在基体材料中具有明显取向特征,石墨烯片层之间相互平行,且垂直于热压方向。

Al_2O_3-C材料中Ti(C,N)的形成及其抗气化炉渣侵蚀性能研究

水煤浆气化炉内衬材料的无铬化势在必行。基于碳氮化钛对高炉渣的增稠机理,本工作在前期开发水煤浆气化炉用Al_2O_3-C无铬化内衬材料的基础上,拟通过在Al_2O_3-C材料中引入一定量的TiO_2,使之在高温下材料内原位反应形成碳氮化钛相,提高材料的抗气化炉渣侵蚀性能。结果表明:当Al_2O_3-C材料引入适量的TiO_2时,可以发现在烧成过程中材料中原位形成了Ti(C,N)相,优化材料的孔结构;当材料与渣发生反应时,提高了在侵蚀过程中渣的粘度,改善材料的抗侵蚀性能。当材料中引入的过量的TiO_2,TiO_2易与气化炉渣发生反应,降低渣的粘度,从而降低材料的抗侵蚀性能。

Ti(C,N)-Al_2O_3复合涂层深冷处理的微观组织及力学性能

对YBM253涂层硬质合金进行了-196℃下不同时间(0、24、30、36、48 h)的深冷处理,利用掠入射X射线衍射方法分析了不同深冷时间下Ti(C,N)-Al_2O_3涂层的相结构变化,通过扫描电子显微镜(SEM)观察了不同深冷时间涂层的断口形貌,并且对不同深冷时间的试样进行了硬度和膜基结合力的检测和分析。结果表明:深冷处理对试样的硬度和膜基结合力都有一定的影响,30 h是深冷处理最佳的工艺时间,可获得最佳的综合力学性能。其性能变化的主要原因是经过深冷处理Ti(C,N)-Al_2O_3涂层产生了亚稳相κ-Al_2O_3与稳定相α-Al_2O_3之间的转变,深冷处理会导致不同热膨胀系数的基体和涂层产生内应力的变化。