箔冶金法制备的SiC_(f)/TiAl复合材料微观组织研究

将钛箔与夹有SiC纤维的铝箔交替叠置,在650℃×5h+1000℃×3h+1320℃×2h的条件下真空热压,制备了SiC_(f)/TiAl复合材料板材。板材的基体为α_(2)/γ全片层组织,在基体-纤维-基体交界的部分位置有“耳”状孔洞产生。基体和SiC纤维之间发生界面反应,反应产物从纤维到基体依次是SiC|TiC|Ti_(3)SiC_(2)|Ti_(5)Si_(3)|Ti_(5)(Si,Al)_(3)+Ti_(2)AlC|γ|α_(2)/γ团簇;从热力学、动力学和晶体学的角度分析了界面产物Ti_(5)Si_(3)、Ti_(3)SiC_(2)以及TiC的产生机理。

连续网状结构Ti_(2)AlN/TiAl复合材料的制备及力学性能

采用高温气体渗氮法将氮引入TiAl预合金粉末中,然后采用放电等离子烧结法制备具有连续网络增强相结构的Ti_(2)AlN/TiAl复合材料。结果表明,复合材料的硬度明显高于TiAl合金的硬度,并随着氮化时间的增加而增加。该强化效果是粉末渗氮引起的固溶体强化、具有高硬度和弹性模量的连续网状Ti_(2)AlN相以及位错密度增加协同作用的结果。同时,与TiAl合金相比,Ti_(2)AlN/TiAl复合材料的抗压强度降低,这与氮化后直接形成的一部分Ti_(2)AlN颗粒和过多的增强相含量有关。

Ti_2AlC/TiAl复合材料的高温氧化性能研究

利用放电等离子烧结(SPS)技术,原位制备Ti2AlC/TiAl和Ti2AlC/TiAl(Nb,B)复合材料,并研究其在900℃和1000℃的高温氧化性能。研究发现,掺加Nb,B后复合材料的抗氧化性能明显提高,1000℃氧化30h时氧化层厚度为50μm～60μm,未掺入Nb,B时其厚度约为170μm。在氧化层和复合材料交界处结构疏松出现许多孔洞,Nb原子在高温时向表面层富集使复合材料抗氧化性能提高,富Nb层的存在即可以阻挡氧原子的继续渗入,又可以作为扩散障,减少Kirkendall效应;加入B后,组织明显细化,氧化反应初始阶段氧化物的形核增多。

Al_2O_3/TiAl复合材料的原位合成及反应机制的研究

利用Al-Ti-TiO2体系的放热反应,原位合成了Al2O3/TiAl复合材料。借助示差热分析法探讨了体系的反应机制,采用XRD、SEM和OM分析了复合材料的相组成及显微组织。结果表明,原位合成Al2O3/TiAl复合材料由TiAl、Ti3Al和Al2O3相组成,Al2O3颗粒分布于TiAl和Ti3Al双相交界处,并存在一定团聚。随其含量增加,团聚程度加剧,晶粒尺寸减小。Ti和Al反应生成TiAl3放出的热量使部分TiAl3相处于液相状态,熔融的体积分数约为87.87%,液相的存在提高了颗粒间的润湿性,同时放出的热量是引发后续反应的原因之一。TiAl3与Al-TiO2的还原反应生成的活性Ti原子结合最终生成了TiAl和Ti3Al相。

原位热压合成Nb掺杂Al_2O_3/TiAl复合材料

利用Al-Ti-TiO2-Nb2O5体系的放热反应,原位热压合成了Nb掺杂Al2O3/TiAl复合材料。借助DTA结合XRD探讨了Al-Ti-TiO2-Nb2O5体系的反应过程,并采用XRD、OM和SEM研究了复合材料的物相组成及显微结构。结果表明:Al熔化的同时,体系发生了Al和Nb2O5的铝热反应,生成了NbO2和Nb等中间产物,并放出了较多热量,这些热量促使Ti和Al较早化合生成TiAl3,随即引发Al和TiO2较早的还原反应,进而促使材料在较低温度下致密烧结;产物由-γTiAl、α2-Ti3Al、Al2O3和NbAl3相构成,Al2O3颗粒分布于基体交界处,存在一定的团聚;Nb2O5的引入,对基体-γTiAl相和α2-Ti3Al相的的分布有一定的影响,使得基体晶粒细化,较好地改善了材料的力学性能。

多步热处理对Ti_2AlC/TiAl复合材料组织与性能的影响

利用放电等离子烧结(SPS)技术,原位制备了Ti2AlC/TiAl复合材料,研究了多步热处理对Ti2AlC/TiAl显微组织与力学性能的影响。结果表明,通过多步热处理,Ti2AlC/TiAl的力学性能得到明显改善。其中在1390℃热处理时,弯曲强度达到957.9MPa,断裂韧性达到20.73MPa·m1/2。通过多步热处理,可以得到双态组织和晶粒更为细小均匀的近γ组织的TiAl基体,复合材料的断裂模式转变为穿晶解理断裂。在热处理过程中,Ti2AlC能够显著抑制TiAl基体中γ晶粒和α2/γ层片晶团的长大,并且在一定程度上,阻碍α2/γ层片晶团的形成。

TiC/TiAl复合材料微观结构观察及强韧化机理分析

采用放电等离子烧结 (SPS)技术 ,制备了质量分数为10 %的TiC/TiAl复合材料 ,从微观结构上研究了TiC颗粒对TiAl基体材料力学性能的影响。实验结果表明 :在TiC/TiAl复合材料中TiC颗粒主要分布于晶界 ,少量进入基体晶粒的内部 ,形成晶内型结构 ;TiC颗粒的引入细化基体晶粒的尺寸 ,有效地阻碍材料内部裂纹扩展 ,引起裂纹偏转 ,增加其扩展路径 ,改善材料的韧性 ,同时在晶界和晶内形成了一系列位错。位错强化与细晶强化是主要的强化机制 。

Er掺杂强韧化Al2O3/TiAl复合材料

以Ti、Al、TiO2为起始原料,以Er2O3为掺杂剂,原位热压合成了Er掺杂Al2O3/TiAl复合材料。通过XRD、SEM分析及力学性能测试,研究了不同Er2O3引入量对合成Al2O3/TiAl复合材料微观结构和力学性能的影响。结果表明:复合材料主要由TiAl、Ti3 Al、Al2 O3相和少量Al10 Er6 O24相组成,含Er相主要分布在基体相晶界处;掺杂0.01 mol Er2 O3制得的复合材料,经1250℃保温2 h真空热压烧结后表观断裂韧性达到最大值(10.41 MPa.m1/2),经1300℃保温2 h真空热压烧结后弯曲强度达到最大值(456.06 MPa);当Er2O3掺杂量增加到0.02 mol时,复合材料的弯曲强度和表观断裂韧性均呈减小趋势。微观结构分析表明,掺杂0.01 mol Er2O3的复合材料断口毛糙,颗粒尺寸变小,增强相分布较均匀,表明适量的Er2O3掺杂可细化复合材料晶粒尺寸,提高增强颗粒分布均匀度,起到增强增韧的效果。

Ti_2AlC/TiAl复合材料热处理组织的细化

利用放电等离子烧结(SPS)技术,原位制备Ti2AlC/TiAl复合材料,并对其进行多步热处理,研究增强相Ti2AlC和微量元素B对Ti2AlC/TiAl复合材料热处理组织的细化作用。研究发现,在热处理过程中,Ti2AlC和B能够显著抑制TiAl基体中γ晶粒和α2/γ层片晶团的长大,有效地细化Ti2AlC/TiAl复合材料的热处理组织。显微组织的细化能够显著强韧化复合材料,其中经1390℃热处理的复合材料的弯曲强度达到957.9MPa,断裂韧性达到20.73MPa·m1/2。

掺杂Nb_2O_5对自生Al_2O_3强化TiAl复合材料结构的影响

采用原位反应热压法制备了自生Al2O3增强TiAl间金属化合物复合材料,通过第三元素(氧化铌)掺杂的形式,对其进行强化研究。采用DTA结合XRD分析对其反应过程进行了探讨。SEM,XRD及其它测试分析显示,引入氧化铌使铝热反应生成了更高的热能,材料能够在较低的温度下烧结。同时,Nb2O5的掺入对基体相生成比例(TiAl:Ti3Al)有一定的调控作用,也使材料中的自生氧化铝成分增强,对材料结构及性能产生了较大影响。

热压反应合成Al_2O_3-Ho_2O_3/TiAl复合材料

利用Al-Ti-TiO2-Ho2O3体系原位反应合成了Ho掺杂Al2O3/TiAl复合材料。采用DTA结合XRD分析对体系反应过程进行了探讨。借助XRD、EDS和SEM等手段,对放热体系的物相组成及晶粒微观形貌进行了分析表征。结果表明:Al-Ti-TiO2-Ho2O3系原位合成的Al2O3/TiAl复合材料由TiAl、Ti3Al、Al2O3以及HoAl3相组成;Ho2O3的引入对基体相生成比例(TiAl:Ti3Al)有一定的调控作用,并使得基体晶粒和Al2O3晶粒均有所细化且逐渐分布均匀。力学性能测试表明:当Ho2O3的引入量为6%时,材料的抗弯强度达到最大值,约为593.5MPa;断裂韧度达到最大值,为8.74MPa.m1/2,具有可接受的力学性能。

Ho_2O_3掺杂对原位合成HoAl-Al_2O_3/TiAl复合材料显微组织及性能的影响

采用固态置换反应原位合成工艺,利用Al-Ti-TiO2-Ho2O3体系的放热反应合成了HoAl-Al2O3/TiAl复合材料。利用XRD和SEM分析了Ho2O3掺杂对原位合成HoAl,Al2O3颗粒强化钛铝基复合材料显微组织的影响,探讨了稀土氧化物(Ho2O3)的细化机制。测试了力学性能。结果表明:Al-Ti-TiO2-Ho2O3系原位合成的HoAl-Al2O3/TiAl复合材料由TiAl,Ti3Al,Al2O3以及HoAl相组成;HoAl金属间化合物弥散分布于基体晶粒和Al2O3颗粒交界处,限制颗粒长大,细化基体晶粒与Al2O3颗粒,同时提高了HoAl,Al2O3颗粒在基体中的分散度;Ho2O3的引入改善了复合材料的力学性能。

Al_2O_3/TiAl复合材料的制备与性能研究

采用热压烧结法制备Al2O3/TiAl复合材料,研究了不同Al2O3体积分数对Al2O3/TiAl复合材料的相对密度、弯曲强度、断裂韧性以及耐磨性的影响。研究结果表明,掺入20%Al2O3时,复合材料的相对密度达到最小,随着烧结温度的不断升高,Al2O3/TiAl复合材料的相对密度不断增加。当Al2O3含量为15%时,弯曲强度与断裂韧性达到最佳,其值分别为865.9Mpa和17.60MPam1/2。随Al2O3体积分数的增加,Al2O3/TiAl复合材料的摩擦系数不断增加,而磨损失重则呈先降低后增大的变化趋势,当Al2O3含量为15%时,在不同载荷作用下,材料的磨损失重均最小。

Nb_2O_5对Al_2O_3/TiAl复合材料结构与性能的影响

利用Ti-Al-TiO2体系的放热反应,采用热压工艺原位合成了Al2O3/TiAl复合材料。研究了Nb2O5加入量对复合材料结构与力学性能的影响。结果表明,相组成中有γ-TiAl、α2-Ti3Al、Al2O3和NbAl3相。随Nb2O5加入量的增大,复合材料的密度、相对密度和硬度逐渐增大;抗弯强度和断裂韧度在加入量为6%时达到最大,分别为398.5MPa和6.99MPa.m1/2,此后随其含量增大而降低。组织分析表明,随Nb2O5加入量的增加,Al2O3粒子团聚度减弱,沿晶界弥散分布,双相γ+α2片层组织不断细化,结构更加均匀。Nb2O5对力学性能的影响主要表现在调节相含量和细化组织。

原位反应合成Nb掺杂Al_2O_3/TiAl复合材料的显微结构分析

利用A l-Ti-TiO2体系原位反应合成了Nb掺杂A l2O3/TiA l复合材料。借助XRD和SEM研究了Nb掺杂A l2O3/TiA l的显微结构以及Nb引入量对复合材料显微结构的影响。结果表明,复合材料由TiA l、Ti3A l、A l2O3、Nb和NbA l3相构成,细小A l2O3颗粒分布于基体晶粒交界处,存在一定的团聚;Nb元素引入量的高低,可调节产物中TiA l和Ti3A l的相对含量,随Nb含量的增大,TiA l含量逐渐减少,Ti3A l则逐渐增大;同时,基体晶粒和A l2O3颗粒均有所细化,且分布逐渐均匀,材料的均匀性得到改善。

原位热压合成Cu掺杂Al_2O_3/TiAl复合材料

利用Ti-Al-TiO2-CuO体系的放热反应,原位热压合成了Cu掺杂的Al2O3/TiAl复合材料。借助DSC和XRD研究了Ti-Al-TiO2-CuO体系的反应过程,并采用XRD、SEM研究了复合材料的物相组成及显微结构。结果表明:在Al的开始熔化的同时,Al和CuO的反应开始缓慢进行,并形成CuTix中间产物,放出大量的热,促使Al和TiO2的反应提前,进而使材料在较低温度下致密烧结。CuO掺杂量为6%(质量分数)时所得复合材料弯曲强度可达474 MPa,断裂韧度可达8.89 MPa.m1/2。

放电等离子烧结装置在制备TiC/TiAl复合材料中的应用

采用放电等离子装置烧结制备TiC/TiAl复合材料,在一定烧结压力以及保温时间条件下,研究了烧结温度对TiC/TiAl复合材料致密度的影响,并对烧结过程进行了分析。实验结果表明在1100℃,30MPa的压力下,保温10min就可得到致密超过98%的TiC/TiAl复合材料。而采用传统热压法烧结TiC/TiAl复合材料烧结温度则需要达到1250℃,保温时间为2小时。通过比较可以充分体现出放电等离子烧结技术的优越性。另外,SEM观察表明采用等离子放电烧结的TiC/TiAl复合材料断面组织均匀致密,无显著气孔。

Fe_2O_3掺杂原位合成Al_2O_3/TiAl复合材料的组织与性能

利用Ti-Al-TiO2-Fe2O3体系的放热反应,原位热压合成了Fe掺杂的Al2O3/TiAl复合材料。借助XRD和SEM研究了复合材料的物相组成和显微结构以及Fe2O3引入量对复合材料结构和力学性能的影响。结果表明:产物主要由γ-TiAl,α2-Ti3Al,Al2O3相构成,Al2O3颗粒分布于基体交界处,存在一定的团聚;随Fe2O3的掺杂量增大,Al2O3颗粒呈细小弥散分布,同时基体晶粒尺寸也减小,较好地改善了材料的力学性能,复合材料的相对密度和洛氏硬度逐渐增大。Fe2O3掺杂量为0.84%(质量分数)时,复合材料弯曲强度和断裂韧度达到最大值,分别为624MPa和6.63 MPa·m1/2。

Nb-Cr掺杂原位合成Al_2O_3/TiAl复合材料的组织与性能

采用原位热压工艺,在Ti-Al-TiO2-Nb2O5体系中加入Cr2O3原位合成Al2O3/TiAl复合材料。借助X射线衍射分析、SEM分析及力学性能分析,研究了Nb-Cr掺杂复合强化Al2O3/TiAl复合材料的反应过程、微观结构及力学性能。结果表明Nb-Cr掺杂原位合成Al2O3/TiAl复合材料能够细化晶粒并通过微合金化增强增韧TiAl复合材料。

Nb2O5掺杂原位合成Al2O3/TiAl复合材料的组织与性能

以Ti、Al、TiO2和Nb2O5混合粉原位反应合成Al2O3/TiAl复合材料。借助差热分析探讨体系的反应过程,并对合成产物的微观结构和力学性能进行研究。结果表明:由于铝热反应释放了大量热量导致体系内温度较高,反应较早进行,利于实现低温致密化烧结。1200℃烧成后获得了γ+(α2/γ)双相组织。Nb2O5的加入细化了复相组织,提高了自生Al2O3颗粒的分散度及产物的致密度。加入适量Nb2O5后,复合材料的维氏硬度、抗弯强度和断裂韧性得到不同程度的提高;在Nb2O5掺杂量为6wt%时,硬度达到4.84GPa,抗弯强度为642MPa,断裂韧性达6.69 MPa.m1/2。复合材料的强化机制主要是由于Nb2O5的加入改善了复合材料的微观组织和使得Al2O3呈弥散分布。