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。

粉末套管法Ti/Al/Ti复合板的界面结合性能

采用粉末套管法,通过“热轧+中间退火+进一步冷轧”工艺制备Ti/Al/Ti复合板。利用扫描电镜、电子探针、能谱仪、XRD分析以及万能实验机,研究不同制备参数下Ti/Al/Ti复合带材的界面形貌、元素分布、物相种类和界面结合强度。结果表明,单一脆性金属间化合物TiAl_(3)的产生会阻碍Ti/Al元素的扩散,扩散层厚度发生减薄。500℃退火,扩散层主要是由扩散形成的冶金结合层,局部区域有少量的金属间化合物TiAl_(3)生成,界面结合强度受冶金结合强度与机械结合强度的动态变化影响,随着压下率升高,结合强度先降低后升高再降低;550℃退火,界面反应增强,TiAl_(3)相逐渐增多,扩散层强度增加,冶金结合强度提高,由14.3 N/mm(500℃)增加至35.1 N/mm(550℃),随着压下率的增大,化合物层破碎程度增加,界面结合强度逐渐降低。

预扩散处理对原位生成TiC_p/Fe基粉末冶金复合材料组织与性能的影响

将水雾化Fe粉与Ni粉、Mo粉、Ti粉混合均匀,然后在800℃、50%H2＋50%Ar（体积分数）气氛保护下进行预扩散处理,将预扩散粉与电解Cu粉和石墨粉混合,通过压制与烧结,制备Ti C颗粒增强Fe基复合材料。通过X射线衍射分析、扫描电镜及能谱分析和力学性能测试等手段,研究预扩散处理对原位生成Ti Cp/Fe基粉末冶金材料组织与性能的影响。结果表明：Fe-Ni-Mo-Ti混合粉在800℃下预扩散处理后形成表面粗糙的团球状预扩散粉末颗粒,但合金元素在Fe粉颗粒内分布不均匀。与用混合粉制成的Ti Cp/Fe基复合材料相比,用预扩散粉制备的材料孔隙率略有增加。随预扩散时间延长,材料中富Ti区的尺寸减小,组织明显细化,珠光体分布更均匀,同时形成大量弥散分布的粒径在0.1-0.5μm的Ti C颗粒。材料的硬度和抗弯强度都随原料粉预扩散时间延长而提高,用60 min预扩散粉制成的Ti Cp/Fe基复合材料的硬度HRB和抗弯强度分别达到63.6和613.7 MPa,比用混合粉制成的Ti Cp/Fe基复合材料分别提高11.8%和38.3%。用预扩散粉末制备的Fe基复合材料的断裂形式为具有一定韧性断裂特征的脆性断裂。

机械合金化制备纳米TiC增强Ti基复合粉末

采用机械合金化法制备了纳米TiC增强Ti基复合粉末,通过XRD、SEM、TEM和EDS分别表征粉末的物相、形貌、晶体结构和元素分布,探索球磨转速、球料比及球磨时间对复合粉末物相形貌的影响。结果表明:当球磨转速达到300 r/min以上、球料比达到20∶1以上时,球磨效率无明显差异。球磨时间达到10 h,粉末中TiC物相明显;继续延长球磨时间至20 h,得到纳米级TiC增强相。在300 r/min球磨转速、20∶1球料比、20 h球磨时间条件下,可得到纳米TiC增强Ti基复合粉末,粉末中部分区域呈非晶态,大量纳米TiC颗粒弥散分布于粉末中。

TiC/316L复合材料粉末注射成形工艺研究

采用粉末注射成形技术制备了5wt%TiC/316L复合材料。利用人工神经网络预测注射参数,并设计理想的脱脂和烧结工艺。最佳注射参数为:注射温度156℃、注射压力70 MPa、注射时间2 s、保压压力37 MPa、保压时间4 s、模具温度37℃。选择三氯乙烯作为脱脂溶剂,最佳脱脂温度为55℃,脱脂时间8 h。在1375℃真空烧结45 min时,烧结试件力学性能最佳,其硬度、抗拉强度、摩擦系数分别达到288 HV、508 MPa、0.530。

TiC/Ti复合材料激光熔覆层的冲击磨粒磨损性能

在Ti6A14V表面通过激光熔覆工艺原位合成TiC/Ti金属基复合材料涂层,其基体组织结构随表层预置合金粉末成分的变化而改变.采用单摆划痕装置测试原位合成TiC/Ti复合材料涂层的冲击磨粒磨损性能.结果表明,与基材Ti6A14V相比复合材料激光熔覆层的抗冲击磨粒磨损性能提高了2倍,且随表层顶置粉末中Cr3C2含量的增加,反应生成的TiC含量增加,涂层抗冲击磨料磨损性能提高.

C/Ti原子比对反应火焰喷涂TiC/Fe复合涂层组织结构和硬度的影响

以TiFe粉和碳的前驱体(石油沥青)为原料,用前驱体碳化复合技术制备了TiFeC反应喷涂复合粉末,并采用普通火焰喷涂技术成功制备了TiC/Fe陶瓷金属复合涂层。研究了不同C/Ti原子比对反应火焰喷涂TiC/Fe复合涂层相组成、显微结构和硬度的影响。结果表明,前驱体碳化复合技术制备的TiFeC系反应喷涂复合粉末中C/Ti原子比是影响涂层相组成、显微结构和硬度的关键因素。C/Ti原子比不同,涂层的相组成和硬度不同;随着C/Ti原子比增大,涂层中TiC团聚富集区增大,涂层的孔隙率也随之增大。

C_f/SiC复合材料与Ti合金的Ag-Cu-Ti-TiC复合钎焊

以Ag-Cu-Ti-TiC复合钎料为中间层,在适当的工艺参数下真空钎焊Cf/SiC复合材料与Ti合金。利用SEM、EDS和XRD分析接头的微观组织结构,利用剪切实验检测接头的力学性能。结果表明:钎焊时,借助液态钎料,复合钎料中的Ti与Cf/SiC复合材料反应,在Cf/SiC复合材料与连接层界面形成Ti-Si-C、Ti-Si和少量TiC化合物的混合反应层;复合钎料中的Cu与Ti合金中的Ti发生互扩散,在连接层与Ti合金界面形成不同成分的Cu-Ti化合物过渡层;钎焊后,形成TiC颗粒强化的致密复合连接层,TiC的加入降低了接头的残余热应力,Cf/SiC/Ag-Cu-Ti-TiC/TC4接头的剪切强度明显高于Cf/SiC/Ag-Cu-Ti/TC4接头的。

Ti-Al/TiC陶瓷基复合材料烧结过程的研究

用DTA方法分析了Ti AI/TiC陶瓷基复合材料的烧结过程 ,测定了材料的力学性能 ,分析了不同的烧结制度对材料性能的影响。实验结果表明 :温度升高至 5 0 0℃以上时 ,Ti与Al发生反应Ti+3Al→Al3Ti,Al3Ti+2Ti→ 3TiAl,TiAl+2Ti→Ti3Al,依次生成Al3Ti,TiAl和Ti3Al,这一过程为放热过程。继续升温至 90 0℃以上时 ,体系出现吸热现象。分析认为 ,在最高温度 16 0 0℃ ,压力 30MPa烧结时得到的材料室温力学性能优于在最高温度15 2 0℃ ,压力 17 3MPa烧结时得到的材料的室温力学性能。

原位生成TiC颗粒增强Ti基复合材料的显微组织

采用粉末冶金方法,通过Ti与Cr3C2反应原位生成TiC颗粒增强钛基复合材料。利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等手段对其相组成和显微组织进行了研究。结果表明:通过Ti与Cr3C2反应能够原位生成TiC颗粒,生成的TiC颗粒呈多角状,粒度在几十纳米到50μm范围内;Cr3C2中的Cr固溶在Ti基体中,使基体由α+β两相合金转变成为亚稳态β型钛合金。

反应合成Ti_3Al/TiC+Al_2O_3复合材料烧结过程热力学分析

将高能球磨后的Ti-Al粉末和TiC,Al2O3粉末混合进行热压烧结,在烧结的过程中反应生成金属间化合物为增强相的复合材料。通过对粉料的X射线衍射分析、热分析(DSC)和烧结体的成分分析表明,最终的金属间化合物只有Ti3Al而没有其它金属间化合物相。通过热力学计算,分析了反应烧结过程并发现在低温由固相间原子扩散控制生成TiAl3,TiAl,Ti3Al的渐进过程,和在高温下金属间化合物的合成机理,而且增强相和基体界面间处于稳定状态。

C/Ti原子比对前驱体碳化复合等离子熔覆TiC/Fe复合涂层的影响

以钛铁粉和碳的前驱体(蔗糖)为原料通过前驱体碳化复合技术制备了Ti-Fe-C等离子熔覆复合粉末,并通过等离子熔覆技术在普通低碳钢表面成功地原位合成了TiC/Fe陶瓷金属复合涂层。着重研究了不同C/Ti原子比对等离子熔覆TiC/Fe复合涂层的相组成、显微结构和硬度的影响。结果表明,前驱体碳化复合技术制备的Ti-Fe-C系等离子熔覆复合粉末中C/Ti原子比是影响涂层相组成、显微结构和硬度的关键因素。C/Ti原子比不同,涂层的相组成和硬度不同;随着C/Ti原子比增大,涂层中TiC团聚富集区增大,涂层的孔隙率也随之增大。

TiC/Ti_3SiC_2复合材料的制备及其性能研究

以粉末Ti,Si,TiC和炭黑为原料,采用反应热压烧结法制备TiC/Ti3SiC2复合材料。借助XRD和SEM研究TiC含量对TiC/Ti3SiC2复合材料相组成、显微结构及力学特性的影响。结果表明:通过热压烧结可以得到致密度较高的TiC/Ti3SiC2复合材料;引入TiC可以促进Ti3SiC2的生成,当引入TiC的质量分数达30%,TiC/Ti3SiC2复合材料的弯曲强度和断裂韧性分别为406.9 MPa,3.7 MPa.m1/2;复合材料中Ti3SiC2相以穿晶断裂为主,TiC晶粒易产生拔出。

激光反应合成TiCp／Ti复合材料涂层机理分析

利用大功率脉冲Nd∶YAG激光器,在Ti6Al4V合金表面制备TiC增强金属基复合材料改性层。分别采用10%质量百分比的W2C,Cr3C2与纯钛粉末混合,通过激光熔化处理工艺,在Ti6Al4V表面制备原位合成TiC/Ti金属基复合材料改性层。结果表明,在适宜的激光辐照工艺条件下,随预置合金粉末种类的不同,复合材料基体组织结构分别由单相-αTi及-βTi组成,弥散细小的TiC颗粒增强相均匀分布于Ti基复合材料涂层中,熔覆层内增强相与复合材料基体界面洁净,无任何界面反应相生成。

高分子、复合材料技术：TiC／金属复合涂层反应热喷涂粉末及其制备技术

陶瓷-金属复合涂层，尤其是碳化物-金属复合涂层具有优异的耐磨性能，在冶金、能源、石油化工、汽车、造纸、航空航天等民用和国防工业领域耐磨构件的制造、加工和修复中具有广泛的用途。与传统的陶瓷／金属复合涂层增强相wc相比，Tic更稳定（1100℃也不分解）、硬度更高，而且密度低、摩擦系数小，是陶瓷／金属复合涂层的理想增强体，与适当的粘结金属复合可制备耐高温、耐腐蚀、耐磨损涂层，具有更高的应用价值和更广泛的应用前景。在传统陶瓷／金属复合涂层热喷涂技术中，陶瓷相通常以外加复合的方式预置在喷涂原材料（粉末、丝等）中，陶瓷相颗粒较粗、陶瓷／金属界面易受污染，涂层性能较差（空隙率高、结合强度低），且原材料成本高、喷涂条件苛刻（一般需要等离子喷涂），极大地限制了热喷技术的应用和推广。

粉末布法制备SiC/Ti基复合材料

用粉末布法制备了低成本SiC/Ti基复合材料。结果表明,采用合适的轧制参数即可容易地获得厚度合适、均匀的粉末布;热失重分析和热解残余物分析指出用来制备粉末布的有机粘结剂的去除过程分成两个阶段,合理除气后,基本没有残余物。使用真空热压工艺制备的SiC/Ti基复合材料,纤维分布基本均匀,纤维与基体的界面结合良好。

放电等离子原位烧结制备TiC+TiB/Ti复合材料

采用放电等离子烧结(SPS),通过Ti与B4C之间的原位反应合成TiC+TiB/Ti复合材料。首先通过热力学计算判断可能发生的反应,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对球磨混合粉以及烧结后材料的相组成和显微组织进行了研究,测定材料的相对密度和硬度,并探讨了Ti与B4C采用放电等离子烧结制备TiC+TiB/Ti复合材料的致密化过程和反应机理。结果表明,采用SPS技术,在1150℃保温5min的条件下,Ti与B4C能同步完成反应、烧结、致密化,生成TiC+TiB/Ti复合材料,并且原位生成的增强相分布均匀且细小。

AA6063铝合金表面激光熔覆TiC/Al_3Ti复合涂层的耐腐蚀性能

为了提高AA6063铝合金的性能,采用激光熔覆技术在AA6063铝合金表面制备了TiC增强Al3Ti复合涂层,研究了激光熔覆层的成分、显微形貌和耐腐蚀性能。结果表明:激光熔覆层由树枝晶Al3Ti、枝晶间α-Al和均匀分布的TiC颗粒组成,涂层和基材为良好的冶金结合;与基材相比,激光熔覆层的耐腐蚀性能显著提高,且随着TiC含量的增加,熔覆层的耐腐蚀性能提高。

反应等离子喷涂Fe-Ti-C复合粉末制备金属陶瓷涂层的组织形成机理

以蔗糖为碳的前驱体、TiFe粉为原料制备Fe-Ti-C系反应热喷涂复合粉末,通过等离子喷涂沉积TiC/Fe金属陶瓷涂层,利用"淬熄试验"研究涂层组织形成机理。采用XRD和SEM分析喷涂粉末、涂层以及淬熄粒子的组织结构。结果表明:每个复合粉末团粒构成独立的反应单元,在喷涂飞行过程中首先出现Ti-Fe液相,然后整个团粒发生球化;熔化的团粒内部生成大量细小TiC颗粒,表层有少量TiC聚集,与基板碰撞后形成复合强化片层与TiC聚集片层交替叠加的涂层结构;随飞行距离增大,团粒外部TiC聚集层增厚,内部TiC颗粒减少,碰撞扁平化程度降低;最终涂层由TiC和Fe两相组成,大量亚微米级TiC颗粒呈内晶型均匀分布于Fe基体中。

原位自生成TiC/Ti-6Al复合材料的高温氧化

利用热重分析仪测量了原位自生成技术制备的TiC/Ti-6Al复合材料高温连续氧化增重特性.结果表明,原位自生成TiC/Ti基复合材料在高温氧化时遵循抛物线规律,氧化增重在1073K时远大于873K和973K时,计算获得该复合材料的氧化激活能为255.7kJ/mol.研究发现,873K和973K时形成的氧化物是不连续的岛状分布,而在1073K时,氧化物已形成均匀连续的膜,这是由于复合材料的氧化首先发生在TiC颗粒的表面上,而不是像均质材料一样在整个表面上均匀地发生.