SiC_f/Ti-6Al-4V复合材料的界面性能

采用纤维推出法测量了SiCf/Ti-6Al-4V复合材料的界面剪切强度。结果表明,热压态碳涂层和未涂层纤维与基体的界面剪切强度分别为118.2MPa和230MPa,界面脱粘发生在碳涂层或纤维与界面反应层之间。500℃,600℃和800℃退火处理后,界面剪切强度均低于热压态的强度,随退火时间的增加,500℃处理后的界面剪切强度呈下降趋势,600℃和800℃处理后呈微弱上升趋势,而且800℃处理后,界面脱粘可发生在基体/界面反应层和碳涂层或纤维/界面反应产层2个界面。

SiC_f/Ti-6Al-4V复合材料的界面研究(英文)

采用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪研究了用中国制备SiC纤维增强的Ti-6Al-4V复合材料的界面反应,发现在SiC纤维的C涂层和Ti-6Al-4V基体之间形成的界面反应产物为细晶粒和粗晶粒的TiC,而无C涂层的SiCf/Ti-6Al-4V的界面反应产物,从SiC纤维到Ti-6Al-4V基体,依次为细晶粒的TiC+Ti5Si3、粗晶粒的TiC和Ti3SiC2。还测量了界面反应区厚度并讨论了界面反应机理。

SiC_f/Ti-6Al-4V复合材料的断裂韧性(英文)

采用三点弯曲法测定了SiC纤维单向增强的Ti-6Al-4V复合材料的表观断裂韧性,讨论了界面反应对断裂韧性的影响。研究结果表明,在裂纹尖端塑性变形区的未断纤维的桥联对复合材料的断裂韧性起很大的作用。经过热处理后,SiCf/Ti-6Al-4V复合材料的断裂韧性降低,主要是由于严重的界面反应,使得SiC纤维受到一定的损伤,因而降低了纤维的承载能力,并使基体钛合金的脆性增大。

SiC/Ti-6Al-4V复合材料界面反应的扫描电镜分析

采用扫描电镜分析了国产SiC纤维增强Ti-6Al-4V复合材料的界面反应,发现不带C涂层的SiC纤维与Ti-6Al-4V反应形成TiC和钛的硅化物,带有C涂层的SiC纤维与Ti-6Al-4V反应仅形成TiC。观察表明C涂层的厚度差别较大。

SiC_f/Ti-6Al-4V复合材料界面反应动力学

SiC纤维增强Ti基复合材料(SiCf/Ti)容易发生界面反应,从而影响其力学性能。开展界面反应和动力学的研究,对于SiCf/Ti复合材料的制备和服役具有指导意义。采用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射分析了SiCf/Ti-6Al-4V复合材料的界面反应及其动力学,发现SiC纤维的C涂层与Ti-6Al-4V反应形成粗晶粒的和细晶粒的TiC,长期高温热处理使得界面反应加剧,TiC层加厚,当C涂层完全消耗后,界面反应层中除了TiC外,还出现了Ti3SiC2。研究表明,界面反应层的加厚受元素扩散控制,服从抛物线规律,求出的动力学参数Q为268.8kJ/mol,k0为0.0057m/s1/2。

SiC_f/Ti-6Al-4V复合材料微观组织的形成

本文采用X射线衍射、金相显微镜、扫描电镜、能谱仪和EBSD等技术对纤维涂层法制备的SiCf/Ti-6Al-4V复合材料的微观组织的形成进行了研究,发现纤维涂层法制备的SiCf/Ti-6Al-4V复合材料存在一定的界面反应,其基体钛合金的组织非常细小,在靠近SiC纤维处,基体钛合金基本上由等轴α组成,离纤维较远处的钛合金的组织为等轴α、条状的β转变组织和一些未转变的β相小颗粒。SiCf/Ti-6Al-4V复合材料的微观组织的形成与高温热压成形过程中的元素扩散和应力分布有关。

SiC/Ti-6Al-4V复合材料在横向拉伸载荷下界面失效行为的数值模拟

采用有限元模拟了SiC/Ti-6Al-4V复合材料冷却过程和横向拉伸试验过程,横向拉伸试样采用十字形试样。分别建立了平面应力和轴对称有限元模型,采用平面应力有限元模型计算环绕纤维圆周的界面微区应力分布,预测界面失效机制。采用轴对称有限元模型分析复合材料界面脱粘过程以及残余应力对界面径向应力分布的影响。结果表明:对于SiC/Ti-6Al-4V复合材料十字形试样,在横向拉伸载荷下的界面失效由径向应力导致,界面失效模式为法向失效,剪切失效模式未发生;十字形试样在横向拉伸载荷下界面初始脱粘位置处于界面中间;随横向拉伸应力增加,十字形试样的界面脱粘对称向两边扩展;界面径向应力随残余应力降低而升高。

热暴露对SiC_f/Ti-6Al-4V复合材料热膨胀行为的影响(英文)

研究了热暴露对SiCf/Ti-6Al-4V复合材料热膨胀行为的影响。对基体合金、制备态复合材料、经900℃热暴露10,25及75h的复合材料的热膨胀行为进行了实验测量。结果表明,无论纵向和横向,热暴露的复合材料其热膨胀系数均高于制备态复合材料。且无论纵向和横向,经900℃热暴露10和75h的复合材料热膨胀系数均高于经900℃热暴露25h的复合材料。这是因为经900℃热暴露25h的复合材料拥有较为合适的界面反应。另外,在对复合材料纵向热膨胀系数进行预测时,因为Schapery模型在整个加热过程中都考虑了热拉伸残余应力对复合材料热膨胀系数的影响,因此在CTE曲线的高温阶段,预测值低于实验值。

基体组织对TiC/Ti-6Al-4V复合材料断裂韧性的影响

采用原位自生的方法制备了TiC颗粒增强的TiC/Ti-6Al-4V复合材料。将锻造后的钛基复合材料在700℃、995℃以及1020℃进行热处理,获得具有不同基体微观组织的复合材料,研究基体微观组织对钛基复合材料拉伸性能以及断裂韧性的影响。结果表明,初始α相的含量及其尺寸对TiC/Ti-6Al-4V复合材料的断裂韧性影响较大,初始α相体积分数为20%时,复合材料拉伸性能最好,抗拉强度和伸长率分别为1057.5 MPa、19.95%;同时具有优良的断裂韧性。

TiB_(2)含量对选区激光熔化TiB/Ti-6Al-4V复合材料组织及力学性能的影响

以球磨TiB_(2)和Ti-6Al-4V混合粉末为原料,采用选区激光熔化(SLM)技术制备了增强相为TiB的钛基复合材料,分析了B元素含量对SLM成形钛基复合材料显微组织和力学性能的影响。研究结果表明:在SLM过程中,TiB_(2)与Ti元素发生反应生成针状TiB增强相,B元素含量较高的试样中出现了针状增强相聚集的现象;由于B元素的存在,钛基复合材料中的α相明显细化;相比于传统的Ti-6Al-4V合金,TiB/Ti-6Al-4V复合材料的显微硬度、抗拉强度以及屈服强度均有明显改善。钛基复合材料优异的力学性能归因于TiB增强相的硬化、强化效应以及基体的晶粒细化。当B元素的质量分数为0.5%时,α片层的平均尺寸为0.49μm,钛基复合材料的抗拉强度和屈服强度相比于Ti-6Al-4V分别提高了25.7%和30.8%,抗拉强度为1396.4 MPa,屈服强度为1322.2 MPa。

TiB_2/Ti-6Al-4V梯度装甲复合材料界面结构与防弹机理

为了不断提升装甲车辆的防护效能,采用超高重力场反应加工技术,实现Ti B2基陶瓷与Ti-6Al-4V的熔化连接,制备出Ti B2/Ti-6Al-4V梯度装甲复合材料。通过X射线衍射(XRD)与场发射扫描电子显微镜(FESEM)观察、残余穿深(DOP)实验及数值理论分析,研究其界面结构对防弹性能的影响。XRD和FESEM结果表明,在Ti B2/Ti-6Al-4V的连接界面上,Ti B2、Ti B陶瓷相自陶瓷侧逐渐过渡至钛合金侧,呈现梯度复合特征。经对Ti B2基陶瓷与Ti B2/Ti-6Al-4V梯度装甲复合材料进行DOP试验,二者防护系数分别为3.05和7.30.相比于Ti B2基陶瓷,Ti B2/Ti-6Al-4V梯度装甲复合材料的防弹性能大幅提高。陶瓷与钛合金连接区的梯度复合结构缓解了Ti B2/Ti-6Al-4V之间声阻抗失配状况,提高其剪切强度,在表观上使防弹性能得以显著提升。

热处理对SiC/Ti-6Al-4V复合材料力学性能的影响

测定了经过900℃不同时间热处理的SiC/Ti-6Al-4V复合材料的拉伸强度,并采用全局载荷分配模型计算了复合材料的强度。发现长时间热处理后,复合材料强度的计算值与实测值吻合很好,但该模型对未经热处理的制备态试样的预测值偏高。扫描电镜和透射电镜微观分析表明,随着热处理时间的延长,SiC/Ti-6Al-4V复合材料的界面反应区增厚而SiC纤维的C涂层逐渐消耗,复合材料的界面结合强度逐渐增加但抗拉伸强度逐渐下降。界面反应形成的反应产物主要为TiC,在C涂层消耗完的区域还形成了Ti5Si3。界面反应是使复合材料力学性能变差的主要原因。

激光冲击强化对Ti-6Al-4V榫齿结构高低周复合疲劳性能的影响

为了探究激光冲击强化对Ti-6Al-4V合金榫齿结构高低周复合疲劳行为的影响,本文对经过激光冲击强化处理的Ti-6Al-4V榫齿结构的表面完整性特征和高低周复合疲劳性能进行测试。结果表明:相比于未经过激光冲击强化处理的原始榫齿结构,激光冲击榫齿结构的高低周复合疲劳寿命提高729%。激光冲击改变了榫齿结构接触区域的微动磨损特征。原始榫齿结构表现为大尺寸的脱层磨损坑,坑底部诱发微裂纹并向基体内扩展,而激光冲击榫齿结构表现为小尺寸脱层薄片。此外,激光冲击还降低榫齿结构的疲劳裂纹扩展速率。激光冲击强化抗高低周复合疲劳作用显著,这主要归因于激光冲击强化层改变疲劳裂纹萌生方式,并抑制裂纹早期扩展。

激光-电弧复合增材制造Ti-6Al-4V合金热处理组织及力学性能研究

本文研究了不同热处理制度对激光-电弧复合增材制造Ti-6Al-4V合金微观组织及力学性能的影响,借助光学显微镜和扫描电镜分析了热处理参数变化时微观组织的变化,探究了不同固溶温度和冷却速度下试样力学性能变化的原因。结果表明:激光-电弧复合增材制造Ti-6Al-4V合金的微观结构主要由魏氏α板条组织和沿沉积方向从基体向外延生长柱状β晶粒内少量针状α相构成。经固溶时效热处理后组织主要为典型的交错网篮组织,α板条厚度明显降低,试样塑性、韧性提高明显。当固溶时效热处理方案为950℃/1 h,AC+540℃/6 h,AC时,与沉积态试样相比,晶粒尺寸减小了一半,可获得较好的综合力学性能,建议采用此热处理方案。

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.

用机械涂层技术在Ti-6Al-4V基体表面沉积HA/Ti复合涂层与功能梯度涂层的表征、磨损行为和生物相容性

采用机械涂层技术在Ti-6Al-4V基体表面沉积HA/Ti复合涂层与功能梯度涂层(FGC),对涂层进行表征,对比其磨损行为和生物相容性。制备复合涂层所用初始粉末为50%Ti(质量分数)和50%HA(质量分数)的混合粉末,而FGC分为两层,分别为75%Ti+25%HA和25%Ti+75%HA(质量分数)。XRD结果表明在沉积过程中没有发生相变。此外,由于原始混合粉末中存在Ti颗粒,在涂层和基体之间形成了结合良好的连续界面,特别是在功能梯度涂层样品中。磨损实验结果显示,非梯度复合涂层的摩擦因数约为0.37,在界面处发生突变,而功能梯度涂层的摩擦因数从0.32增加到0.5,在界面处发生平缓变化。磨损表面的SEM像表明涂层的主要磨损机制为磨粒磨损。生物相容性评价结果显示,FGC样品具有更好的细胞黏附和增殖能力。

多孔Ti-6Al-4V医用金属植入材料对骨髓间充质干细胞活性和成骨特性的作用

目的初步研究多孔(Ti-6Al-4V,TC4)金属支架的成骨分化作用和对SD大鼠骨髓间充质干细胞(rBMSCs)的细胞毒性作用。方法SD大鼠骨髓间充质干细胞(rBMSCs)原代细胞的培育,采用体外全骨髓贴壁的方法进行;rBMSCs表型鉴定采用流式细胞术;实验组TC4支架分别为圆形9、16、64孔,方形25、64孔,对照组为无孔,都采用选择性激光熔化(SLM)制备;在TC4上接种rBMSCs,用扫描电镜(SEM)观察48 h后的细胞形态和黏附状况,利用CCK-8对TC4的细胞毒性作用进行检测;用酶标法定量到第7、14天测碱性磷酸酶(ALP),用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测骨连接蛋白(on)、Ⅰ型胶原蛋白(col1)这两者成骨基因的表达,于21 d时行茜素红染色。结果扫描电镜显示:小孔径TC4金属支架更利于rBMSCs细胞黏附;CCK-8结果显示:大孔径支架细胞增殖活性更高,圆形9孔为最高(第7天OD平均值0.69);ALP活性测定显示:ALP活性随着孔径减小而提高,圆形和方形64孔组ALP活性最高(第14天圆形64孔、方形64孔组ALP平均值分别为1.75金氏单位/gprot、1.61金氏单位/gprot);qRT-PCR检测显示:成骨基因表达水平随着孔径减小而提高,圆形和方形64孔组on和col1表达水平最高(第14天圆形64孔on和col1平均值分别为2.17、2.29;方形64孔on和col1平均值分别为1.70、1.81);茜素红染色显示:圆形和方形64孔支架组橘红色钙化结节相较于对照组颜色更深,面积更大。结论由SLM制备的多孔TC4支架对rBMSCs无细胞毒性,并且能促进其增殖,较大孔径对rBMSCs增殖有益,较小的孔径更利于rBMSCs黏附及成骨分化。

激光选区熔化Ti-6Al-4V合金的微纳压痕尺寸效应

目的研究不同状态激光选区熔化Ti-6Al-4V合金的纳米压痕尺寸效应。方法对原始态合金分别进行600、700、800、900℃退火处理,利用扫描电子显微镜观察原始态和4种退火态合金的显微组织。基于纳米压痕技术测量原始态及4种退火态合金的纳米硬度和弹性模量。基于比例试样阻力模型、Nix-Gao模型和Meyer定律对纳米硬度进行函数拟合。结果随着退火温度的升高,原始态组织从魏氏体逐渐演变为网篮组织。5种形态的Ti-6Al-4V合金的硬度和弹性模量均出现随压入深度的增加而减小的现象,表现出典型的压痕尺寸效应,基于试验测得的原始态及4种退火态合金的纳米硬度分别为3.66、4.36、3.96、3.88、4.77 GPa,弹性模量分别为113.1、125.2、102.1、100.3、108.7 GPa;基于比例试样阻力模型计算的纳米硬度分别为3.53、4.34、3.92、3.52、4.04 GPa;基于Nix-Gao模型计算的纳米硬度分别为3.68、3.94、4.07、3.85、4.47 GPa;基于Meyer定律拟合出的迈耶指数分别为1.75、1.86、1.82、1.80、1.81,均小于2,均表现为正压痕尺寸效应。结论激光选区熔化Ti-6Al-4V合金的硬度及弹性模量均有典型的压痕尺寸效应;3种模型均能较好地描述原始态和退火态合金的压痕尺寸效应,Nix-Gao模型直接建立了纳米硬度和压痕深度的关系,其拟合结果更接近于试验结果,计算的硬度值也最为准确。

Ti-6Al-4V六槽深浅腔动静压轴承刚度数值分析

针对传统材料制造的动静压轴承刚度较差的问题,提出一种基于Ti-6Al-4V材料制造六槽深浅腔交错分布的动静压轴承。利用ANSYS有限元软件建立六槽深浅腔动静压轴承流固耦合模型,研究轴径间隙、转速以及偏心率对QSn4-3轴承和Ti-6Al-4V轴承刚度的影响规律。结果表明:钛合金材料制成的轴承刚度优于传统锡基合金材料制造的轴承,各工况参数中,轴径间隙对轴承刚度的影响最为显著,其次是偏心率。该研究可为钛合金滑动轴承的数值模拟和设计提供参考。

选区激光熔化Ti-6Al-4V合金在模拟乏燃料后处理环境中的腐蚀行为

研究选区激光熔化(SLM)制备的Ti-6Al-4V合金在乏燃料后处理环境中的腐蚀行为。借助光学显微镜、X射线衍射、扫描电子显微镜、电子背散射衍射以及电化学测试等手段研究SLMTi-6Al-4V合金的显微组织及耐蚀性。结果表明,相较于铸造合金,SLM Ti-6Al-4V合金在含氧化性离子的6 mol/L热硝酸溶液中的耐腐蚀性更好。进一步分析表明,SLMTi-6Al-4V合金具有α'+β的微观结构,β-Ti相含量较高且分布均匀,同时其晶粒尺寸较小、晶界密度较高,这种微观结构可提高其在含氧化性离子的硝酸中的钝化能力以及耐腐蚀性。SLM Ti-6Al-4V合金有望在乏燃料后处理过程中得到广泛应用。