原位自生Ti2AlC/Ti-40Al复合材料的高温氧化行为

利用海绵钛、高纯铝与TiC/Al中间合金反应,采用非自耗电弧熔炼工艺,原位合成Ti2AlC/Ti-40Al复合材料。研究复合材料在900℃空气中的恒温氧化行为,分析不同的增强体含量对复合材料氧化动力学行为的影响,并通过SEM、EDS及XRD对氧化层的表面形貌、成分及横断面的显微结构进行分析。结果表明,复合材料的氧化动力学曲线介于抛物线和对数规律之间,且随着碳化物含量的增加,复合材料的抗氧化性呈下降趋势。研究发现,氧化表面为堆砌生长的柱状六方晶,主要为金红石型的TiO2;氧化断面为明显的三层结构,最内层氧化膜基本上是在碳化物颗粒周围产生的,中间层为Al2O3和TiO2的混合物层,外层主要为TiO2。

Al/TiO_2/TiC体系原位合成Ti_3AlC_2/Al_2O_3/TiAl_3复合材料的反应机理

通过分析机械球磨Al/TiO_2/TiC复合粉末的放热反应及原位合成动力学,确定Ti_3AlC_2/Al_2O_3/TiAl_3复合材料的合成路径。在此基础上,结合球磨后复合粉末的微观形貌和物相演变分析,提出复合材料的原位合成机理。结果表明:复合材料原位合成过程中存在中间产物TiO和TiC_x;机械球磨形成的"核壳结构"对原位合成组织细小均匀的Ti_3AlC_2/Al_2O_3/TiAl_3复合材料至关重要。

Ti2AlC/Al2O3复合材料在 1100- 1300 ℃空气中的高温循环氧化行为

通过氧化增重实验、X射线衍射（xRD）、扫描电镜（SEM）和能谱分析（EDS）对Ti2AlC/Al2O3复合材料在1100～1；500℃的循环氧化行为进行了研究。结果表明：当温度低于1200℃时，Ti2AIC／Al2O3复合材料的氧化行为符合抛物线规律，且随着温度从1100℃升高至1200℃，抛物线速率常数相应的从1．715×10^-8增加至7．597×10^-8kg2m-4s-1Ti2AlC/Al2O3复合材料良好的抗氧化性归功于试样表面形成致密的TiO2和Al2O5保护层。而该材料1300℃的氧化产物主要由α-Al2O3内层、TiO2和他TiO5的混合物外层组成，由于Tic杂质相的存在以及TiO2和Al2O3反应生成Al3TiO5使Tl2Alc材料在1600℃时的抗氧化性能有所降低。

高能球磨及热压合成Al_2O_3/Ti_3AlC_2复合材料显微机理分析

以Ti,Al和活性炭粉为主要原料,利用高能球磨及热压烧结工艺在1200℃合成Al2O3/Ti3AlC2复合材料,复合材料是在Ti3AlC2层状材料的制备过程中同时被合成。研究了在Ti-Al-C体系中,烧结温度对反应产物的影响,并重点分析了反应机理及材料微观结构对性能的影响。结果表明:通过高能球磨使的Ti3AlC2的烧结温度降低,在1200℃热压烧结时得到了物相比较均匀的、致密的Al2O3/Ti3AlC2复合材料;通过XRD,DSC和SEM测试,分析了Al2O3/Ti3AlC2复合材料的相组成及显微结构,发现Al2O3以颗粒形式均匀地分布在Ti3AlC2基体中,起到弥散增强的效果,并通过阻碍Ti3AlC2表面微裂纹的扩展使裂纹在断裂扩展过程中中断,起到微裂纹增韧效果,大大提高了复合材料的力学性能。

Ti2AlC陶瓷弥散增强Al基复合材料的制备及剪切性能

采用自蔓延高温合成法制备高纯Ti 2AlC粉体材料,以CuSO 4·5H 2O为Cu源在Ti 2AlC粉体表面进行化学镀,并将镀铜后的陶瓷颗粒与Al粉进行混合,采用热压烧结法制备了Ti 2AlC陶瓷弥散增强Al基材料。结果表明,Ti 2AlC具有自催化效应,无需进行任何表面预处理,即可得到均匀稳定的纳米Cu镀层,增强相颗粒对金属基体起到了有效的钉扎作用;制备的Cu包覆Ti 2AlC陶瓷弥散增强Al基材料主相为Al、Ti 2AlC、Al 2Cu。Al 2Cu的存在可以很好地桥连Al基体与Ti 2AlC陶瓷颗粒,引入Cu镀层后复合材料的抗剪切性能提高了65.7%。

TiC_x/Fe(Al,Ti)复合材料的常压制备及性能

通过原位反应常压烧结法制备了一种新型的TiCx/Fe(Al,Ti)复合材料,并对Ti3AlC2与Fe的原位反应途径及制备工艺和性能进行了研究,结果表明,Ti3AlC2从760℃附近就开始与Fe初步发生原位反应,生成TiCx相.随着烧结温度达到1 100℃,Ti3AlC2相的衍射峰完全消失,随着温度继续升高到1 400℃的烧结温度范围内,所生成的复合材料物相均保持为TiCx和Fe(Al,Ti)固溶体不变.反应后,原料中微米尺寸的Ti3AlC2颗粒分裂成尺寸约500 nm左右的片状小颗粒,各小颗粒与Fe基体紧密连接的.而复合材料的力学性能随着Ti3AlC2的体积含量发生变化,当Ti3AlC2含量达到时20%,复合材料抗弯强度达到最大为266 MPa.

Ti3AlC2-Al2O3/TiAl3复合材料在Al液中的熔蚀-磨损行为及其交互作用机制

通过对比分析Ti3AlC2-Al2O3/TiAl3复合材料在纯腐蚀、纯磨损及熔蚀-磨损三种条件下的材料流失特征,研究了Ti3AlC2-Al2O3/TiAl3复合材料在Al液中的熔蚀-磨损行为及熔蚀与磨损的交互作用机制。结果表明,Ti3AlC2-Al2O3/TiAl3复合材料在Al液中的熔蚀-磨损体积损失比H13钢的体积损失低了两个数量级,随着载荷和转速的上升,Ti3AlC2-Al2O3/TiAl3复合材料的磨损由磨粒磨损逐渐向黏着磨损转变。Ti3AlC2-Al2O3/TiAl3复合材料的熔蚀、磨损交互作用率的最大值为47.5%,在低载荷或低转速条件下由于铝熔体的润滑作用,Ti3AlC2-Al2O3/TiAl3复合材料甚至表现出负的交互作用。这一方面是由于Ti3AlC2-Al2O3/TiAl3复合材料在Al液中腐蚀时不生成其它界面产物,而仅为极少量Ti元素的溶解;另一方面则是由于TiAl3基体与Al2O3二者所形成的空间网络状结构改善了Ti3AlC2-Al2O3/TiAl3复合材料在Al液中的耐磨损性能。