TiB_2金属陶瓷/TiAl钎焊连接接头应力的数值模拟

利用有限元方法分析了采用Ag基钎料钎焊TiB2 金属陶瓷与TiAl接头在冷却过程中的应力分布情况 ,并研究了连接温度对接头处应力的影响。结果表明 ,在钎料与TiB2 金属陶瓷和TiAl的连接界面处均存在一定程度的应力集中 ,其中钎料与TiB2 金属陶瓷的连接界面应力相对较大。连接温度变化时 ,应力的分布基本没有变化 ,只是随着连接温度的降低 ,应力的数值随之减小。

中间层成分对TiAl/TiB_2金属陶瓷SHS连接的影响

采用自蔓延高温合成(SHS)连接技术对TiB2金属陶瓷与TiAl进行连接试验,并研究工艺参数对SHS连接接头界面结构的影响。结果表明,不同成分的中间层发生SHS反应的放热量不同,从而会导致连接界面处的界面结构发生明显的变化。TiAl侧界面处出现的TiAl3反应层厚度与TiB2金属陶瓷侧出现的贫Cu层的厚度均随放热量的增加而明显增加,中间层环状结构的层数及尺寸也发生相应的变化。

TiB_2金属陶瓷与TiAl金属间化合物的扩散连接

对TiB2 金属陶瓷与TiAl金属间化合物进行了扩散连接试验 ,研究了直接扩散连接和采用Ni为中间层进行扩散连接的接头界面结构及工艺参数对界面结构和连接性能的影响。直接扩散连接时 ,连接界面处生成了Ti(Cu ,Al) 2 金属间化合物 ,采用Ni为中间层进行扩散连接时 ,界面处生成了单层TiAlNi2 金属间化合物层和两层Ti,Al,Ni扩散层共三层结构。直接扩散连接时 ,连接温度T =12 2 3K ,时间t=1.8ks,压力p =80MPa时接头强度为 10 3MPa ;采用Ni为中间层时 ,连接温度T =12 73K ,时间t=1.8ks,压力p =80MPa时接头强度为 110MPa。

TiB_2金属陶瓷与TiAl的自蔓延高温合成连接

自蔓延高温合成(SHS)技术是一项近年来迅速兴起并广泛应用于多种领域的新技术,文中采用SHS技术对TiB2金属陶瓷与TiAl进行了连接试验并对SHS连接接头的界面结构进行了分析。试验表明,采用SHS方法连接TiB2金属陶瓷与TiAl时界面结构复杂,在TiAl侧界面处出现了TiAl3反应层,在中间层中出现了Ti-Al系产物的环状结构;在TiB2金属陶瓷侧界面处发现了贫Cu层的存在。

TiB_2-TiB/Fe金属陶瓷复合涂层原位合成及显微分析

利用激光熔覆工艺在中碳钢表面制备出原位自生TiB2-TiB/Fe复相金属陶瓷复合涂层,以改善常规材料表面综合使用性能.采用XRD、SEM、EDS、EPMA等手段对复合涂层进行了研究.结果表明:复合涂层主要由(Fe,C)固溶体胞状树枝晶及分布于晶间的TiB2/Fe或TiB/Fe共晶组成,部分Fe2B相也会出现在晶间.涂层成分不同时,陶瓷增强相的含量将发生变化.涂层力学性能较基体有显著提高.

等离子弧堆焊TiB_2-金属陶瓷涂层的组织及性能

采用等离子弧堆焊设备,通过钛合金和硼合金粉末之间的高温冶金反应,在堆焊过程中原位合成了TiB2,在普通碳钢表面制备了含TiB2的金属陶瓷层。并对堆焊层进行了显微组织、X射线衍射分析、硬度及抗裂性能试验。试验结果表明,这种一步性原位合成工艺所获得的堆焊层主要由针状TiB2晶须与Fe及其硼、碳化合物组成,陶瓷层与基体间实现了冶金结合;堆焊层抗裂性能优于不含TiB2的铁基B4C堆焊层。

大尺寸TiB_2-Cu-Ni金属陶瓷块体的燃烧合成及准热等静压致密化

利用燃烧合成结合准热等静压 (PHIP)技术成功制备了直径为 2 40mm的大尺寸TiB2 Cu Ni金属陶瓷 ,对合成产物进行了X射线衍射 (XRD)、扫描电镜 (SEM)和力学性能等实验研究。XRD结果表明反应产物中只有TiB2 和 (Cu ,Ni)两相。SEM分析发现增强相TiB2 陶瓷颗粒已经形成骨架状 ,其间为 (Cu ,Ni)基体相 ,TiB2 颗粒形貌为近等轴状 ,尺寸细小且较均匀。合成产物的致密度为 94.2 % ,弯曲强度和断裂韧性分别达到 5 99.4MPa和12 .5 6MPa·m1/ 2 。

TiB_2基金属陶瓷的显微结构与力学性能

以Fe Ni Ti Al为助烧剂,用热压的方法制备了TiB2基金属陶瓷。研究了烧结温度、烧结时间、助烧剂对材料显微结构和力学性能的影响,初步分析了TiB2基金属陶瓷的增韧机理。结果表明,随着烧结温度的提高,材料弯曲强度降低,洛氏硬度升高;随着烧结时间延长,弯曲强度出现峰值。SEM、EDS观察表明,助烧剂中的Ti避免了Fe2B、Ni23B6等脆性相的生成,Al有除氧的作用。裂纹偏转和裂纹桥联是TiB2金属陶瓷重要的增韧方式。

TiB_2-Cu-Ni金属陶瓷的抗热震和抗烧蚀行为

利用Ti和B元素之间的化学反应放热,采用燃烧合成与同时致密化技术制备了TiB2-Cu-Ni金属陶瓷。利用等离子火炬电弧加热器来考察材料的抗热震性能以及抗烧蚀性能,利用扫描电镜、电子探针和能谱分析等方法对材料烧蚀前后的微观组织形貌及成分进行了检测。结果表明,金属陶瓷材料具有较好的抗热震性能,在瞬间热冲击时未出现崩裂,在烧蚀刚结束时有宏观裂纹产生。同时该材料还具有良好的抗烧蚀性能,经过20s烧蚀后,其质量损失仅为0.9g,质量烧蚀率为0.045g/s。材料的抗烧蚀机理为金属粘接剂挥发损失、热化学烧蚀和机械冲刷。

TiB_2对TiC基金属陶瓷显微组织的影响

研究了TiB2 对TiC基金属陶瓷显微组织的影响。试验发现 14 2 0℃下烧结 90min后 ,TiC基金属陶瓷的硬质相颗粒明显长大。分析表明 ,TiB2 在高温下能够与TiC基金属陶瓷中的Mo反应生成MoB ,并主要分布于硬质相表面的环形相中。硬质相的长大可能与MoB导致的液相不足和硬质相颗粒接触长大有关。

铜含量对燃烧合成TiB_2-Cu基金属陶瓷组织和性能的影响

利用自蔓延高温燃烧合成结合准热等静压技术制备了不同Cu含量的TiB2-Cu基金属陶瓷.为了得到金属粘结剂的最佳含量,研究了Cu含量对TiB2-Cu基金属陶瓷热力学、微观组织和性能的影响.在Ti-B-Cu体系的燃烧合成过程中,可能存在TiB2、TiB和TiCu三个相.热力学计算结果表明TiB2是最稳定的相.随着Cu含量的增加,TiB2-Cu基金属陶瓷的绝热温度(Tad)和燃烧温度(Tc)逐渐降低.燃烧温度会影响产物中陶瓷相的形貌,TiB2颗粒的尺寸随金属含量的增加而减小.TiB2-Cu基金属陶瓷的硬度(HRA)和弯曲强度随着Cu含量的增多均呈现先增加后降低的趋势,最大值分别对应20wt.%和40wt.%的Cu含量.随Cu含量的增加,TiB2-Cu基金属陶瓷的孔隙率由于金属Cu良好的流动性而呈下降趋势,断裂韧性则呈逐渐上升的趋势.材料的韧化机制为裂纹尖端塑性钝化机制和裂纹偏转机制.TiB2-Cu基金属陶瓷的最佳金属粘结剂含量位于40wt.%-50wt.%.

TiB2-Cu基金属陶瓷高温烧蚀行为研究

为研究TiB2-Cu基金属陶瓷材料的高温烧蚀行为,采用燃烧合成与同时致密化技术(SHS/PH IP)制备了TiB2-40Cu及TiB2-40Cu-8N i金属陶瓷复合材料.利用电弧风洞试验考察了材料的抗热震和抗烧蚀性能,利用扫描电镜、电子探针及X射线衍射等方法对材料烧蚀前后的微观组织形貌及成分进行了检测.结果表明,试验模型表面均有烧蚀冲刷痕迹,TiB2-40Cu模型由于抗热震性较差,其表面有裂纹出现,TiB2-40Cu-8N i的质量烧蚀率较TiB2-40Cu的质量烧蚀率低.微观组织分析表明,TiB2-40Cu模型烧蚀面中心区域剖面附近存在沿厚度方向100μm左右的烧蚀区.TiB2-40Cu复合材料的烧蚀机理为金属相的熔化、化学烧蚀和机械剥蚀.

激光熔覆Fe基TiB_2+TiC金属陶瓷层的组织及摩擦磨损性能

目前,对激光熔覆原位自生金属陶瓷层增强相的形成机制及磨损机理的研究尚不系统。自配合金粉末,采用激光熔覆技术在Q235钢表面制备了原位自生的TiB2+TiC/Fe金属陶瓷层。对熔覆层进行了XRD分析、显微组织观察及室温干滑动摩擦磨损试验。结果表明:Fe基TiB2+TiC金属陶瓷增强熔覆层组织细小、致密,高硬度的亚微米TiB2和TiC金属陶瓷颗粒均匀弥散分布在α-Fe等轴枝晶基体上,熔覆层与基体冶金结合优良;室温下熔覆层的磨损主要为显微切削和滑擦,耐摩擦磨损性能优良。

TiB_2-金属陶瓷及其涂层制备技术的研究进展

评述了近年来对TiB2 金属陶瓷及其原位合成技术的研究进展。从其烧结工艺、显微结构及其在涂层中的原位合成制备技术等方面进行了分析和讨论。指出了目前限制TiB2 金属陶瓷广泛应用的主要问题 :原料价格昂贵、烧结工艺复杂、难以致密化 ,同时 ,涂层的力学性能有待进一步提高 ,并提出了解决上述问题的可行途径。

超音速火焰喷涂TiB_2-40Ni35A金属陶瓷涂层的组织结构与性能

为了制备耐热震和耐熔融金属腐蚀的金属陶瓷材料,通过机械合金化技术制备TiB_2硬质相增强Ni基金属陶瓷粉末,将其超音速火焰喷涂在Q235钢表面制成TiB_2-40Ni35A金属陶瓷涂层,并对其形貌、物相、孔隙率、结合强度、硬度、耐热震及耐熔融Al-12.07%Si腐蚀性能进行研究。结果表明:涂层组织致密、孔隙率仅为0.281%,物相主要为TiB_2和Ni;涂层的结合强度为64 MPa,硬度为(446.7±85.6)HV_(3 N);经过60次热震后,涂层中未发现明显的裂纹;经过60 h熔融Al-12.07%Si腐蚀后,涂层中未发现明显裂纹,仍与基体结合良好。

超音速火焰喷涂TiB_2-40Ni金属陶瓷涂层及其抗热震性能

热镀锌过程中,锌锅内各零件涂层会受到冷热冲击作用易失效。采用超音速喷涂工艺在不同丙烷流量下,在Q235低碳钢表面制备了3种Ti B_2-40Ni金属陶瓷涂层,通过水淬法测试涂层的抗热震性能。通过扫描电镜分析了3种涂层在不同温度下热震后的表面和截面形貌,研究了涂层的抗热震性能。结果表明:在600℃时,随着热震次数的增加,3种涂层中裂纹扩展均变严重,并且以丙烷流量为30 L/min所得涂层的抗热震性能最差,丙烷流量为36 L/min所得涂层的最好;在800℃热震条件下,3种涂层失效较快,并且在涂层表面形成了较多的交叉裂纹,涂层中裂纹扩展严重,导致涂层与基体界面处出现腐蚀现象。

燃烧合成TiB_2-Cu-Ni金属陶瓷二次热压行为研究

采用燃烧合成技术制备了相对密度为 90 %左右的TiB2 4 0Cu 8Ni金属陶瓷复合材料。为进一步提高复合材料的力学性能 ,首先研究了TiB2 4 0Cu金属 -陶瓷高温压缩弹塑性变形行为 ,证明了高陶瓷体积分数下金属陶瓷在高温环境中具有一定的塑性行为 ;然后分别在 12 0 0℃、12 5 0℃、130 0℃温度下对复合材料进行二次热压 ,详细研究了TiB2 4 0Cu 8Ni复合材料液 -固两相区间的变形行为、组织特征及力学性能的变化。结果表明 :经过二次热压后 ,材料的相对密度和抗弯强度有了较大幅度的提高 ,在 130 0℃时 ,材料的相对密度提高了 5 % ,抗弯强度达到 6 0 8MPa。复合材料中TiB2 颗粒的形貌也发生了改变 ,大部分由原来的等轴状转变为长棒状 ,同时根据TiB2 晶体结构特征 ,分析了复合材料中TiB2 的生长机制。

不同种类铝合金晶粒细化剂中TiB2的对比研究

采用金相显微镜、激光共聚焦显微镜和扫描电镜对MJD-AlTi5B1A、MJD-AlTi5B1B、MJD-AlTi5B1C和SH-AlTi5B1A铝合金晶粒细化剂中TiB2的分布进行了对比研究。研究表明:MJD-AlTi5B1A和SH-AlTi5B1A晶粒细化剂中TiB2粒子分布较为分散,粒子细小;MJD-AlTi5B1B晶粒细化剂局部组织不均匀;MJD-AlTi5B1C晶粒细化剂TiB2粒子分布轻微团聚。

TiAl/TiB_2复合材料高温氧化膜的结构和形成机制

利用XRD,SEM,EDS及TEM对TiAl/TiB2复合材料在静止空气中高温氧化后的氧化膜结构及其形成机制进行了研究。结果表明:TiAl/TiB2复合材料的氧化膜主要由TiO2外层与由TiO2和Al2O3混合内层构成。TiO2和Al2O3混合内层为孔洞较多的疏松状结构。TiO2外层亦可分为内外两层,TiO2的内层部分存在一些与TiB2的轮廓相似的“孔洞”,TiO2的外层部分没有此类孔洞。由于TiAl/TiB2复合材料中的TiB2被氧化后生成的B2O3在高温下蒸发掉,使氧化膜中TiB2所处的位置留下了孔洞。因此,氧化膜中的部分孔洞是由于TiB2被氧化后产生的;氧化温度达到1000℃时,TiAl/TiB2复合材料中的TiB2使氧化膜中的孔洞数量增加,复合材料的抗氧化性能急剧下降。