TiB增强钛基复合材料的热腐蚀行为

钛基复合材料因其优异的高温力学性能,在航空航天和海洋工程领域具有广泛的应用前景。但在高温含盐环境下服役时,会遭受热腐蚀,限制其应用。在钛基复合材料中添加TiB增强相,可进一步提高其高温强度和使用温度,在此基础上,研究其在高温盐环境下的热腐蚀行为和机制。研究了TiB增强钛基复合材料在973 K条件下热腐蚀30 h的腐蚀行为,测定了材料的热腐蚀质量变化,并采用X射线衍射仪(X-ray diffractometer,XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)对材料热腐蚀后表面腐蚀产物、形貌以及截面结构进行分析。热腐蚀过程中,材料表面形成细丝状TiO2晶体、微裂纹以及颗粒状腐蚀产物等形貌。结果表明,随着TiB增强相体积分数的增加,材料表面氧化物膜层致密度增加,膜层中缺陷减少,表面腐蚀行为减轻,材料耐热腐蚀性提高。

多步法原位制备TiB2颗粒增强点焊电极用铜基复合材料及其应用

为提高点焊电极的使用寿命,采用多步法制备TiB2增强的铜基复合材料。采用X射线衍射(XRD)、金相显微技术、扫描电镜(SEM)等表征手段对多步法制备的TiB2增强的铜基复合材料物相、微观形貌进行分析。通过对复合材料力学性能指标测量发现,多步法制备所制备的铜基复合材料具有较好的综合力学性能,将多步法制备的铜基复合材料加工成点焊电极,其寿命测试结果相较于其它对比样最高,寿命达到1500个焊点,是普通铬锆铜点焊电极寿命的2.6倍。

烧结温度对(Ti_(5)Si_(3)+TiC+TiB)/Ti复合材料组织和力学性能的影响

为了获得性能优异的钛基复合材料和解决单一增强相对性能提升有限等问题,以Ti粉、SiC粉、TiB_(2)粉、C粉为原料,采用粉末冶金法,在不同烧结温度下原位自生制备了(Ti_(5)Si_(3)+TiC+TiB)/Ti复合材料。通过XRD、SEM、万能试验机等设备表征了复合材料的微观组织和力学性能。结果表明:随烧结温度的升高,复合材料的致密度提高,平均晶粒尺寸逐渐增大;烧结温度的升高使增强相数量增加的同时减少了较低烧结温度下的团聚现象。复合材料的洛氏硬度、屈服强度、抗拉强度随烧结温度的升高先增大后减小,断裂应变下降不显著。在1300℃下,(Ti_(5)Si_(3)+TiC+TiB)/Ti具有最佳的综合力学性能,烧结态试样的抗压强度达到最高2435 MPa,屈服强度1649 MPa,洛氏硬度49.1HRC,断裂应变28.7%。分析可知,微米尺寸的TiC、TiB和亚微米尺寸的Ti_(5)Si_(3)增强相的协同作用在显著提高复合材料强度的同时也保持了一定的塑性。(Ti_(5)Si_(3)+TiC+TiB)/Ti复合材料的增强方式以细晶强化、弥散强化和载荷传递强化为主。

原位TiB/凹凸棒石矿物双相增强Ti基复合材料的制备及其摩擦学性能

以Ti、Al、B和凹凸棒石矿物粉体为原料,利用放电等离子烧结(SPS)工艺制备了原位TiB/凹凸棒石矿物双相增强Ti基复合材料,借助扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、显微硬度计和纳米压痕仪等研究了凹凸棒石矿物对原位Ti基复合材料微观组织、物相结构、增强体形态与分布以及微纳力学性能的影响,采用SRV滑动磨损试验机考察了其在油润滑条件下的摩擦学性能,探讨了凹凸棒石改善原位Ti基复合材料力学及摩擦学性能的作用机制.结果表明,SPS工艺制备的原位TiB/凹凸棒石矿物双相增强Ti基复合材料组织致密,原位自生TiB增强体分布均匀,凹凸棒石矿物对复合材料基质相具有明显的细晶强化作用.在摩擦过程中复杂的物理和化学作用下,凹凸棒石矿物与复合材料中的Ti、Al以及对偶钢球的Fe等元素发生摩擦化学反应,在摩擦表面形成了由金属氧化物、二氧化硅、石墨和凹凸棒石矿物等构成的减摩自修复层,从而使钛基复合材料表现出优异的摩擦学性能.

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。

钎焊温度对Ti-Ni-TiB_(2)钎料钎焊连接γ-TiAl接头的影响

在钎焊温度1170~1210℃、钎焊时间1min的工艺参数下,采用真空悬浮熔炼的Ti-Ni-TiB_(2)铸态钎料钎焊连接Ti-47Al-2Nb-2Cr-0.15B(at%)合金,研究了TiAl合金钎焊接头界面的显微组织,及钎焊温度对接头的组织、抗剪强度的影响,并观察了接头的剪切断口形貌。结果表明,钎焊接头主要由扩散层(Ti_(3)Al)、界面反应层(Ti3Al+Al_(2)NiTi)和中心钎焊层(Al_(2)NiTi+Ti_(2)Ni+TiB_(2)+TiB)3个界面反应层组成。随着钎焊温度的增加,TiAl钎焊接头的扩散层宽度和抗剪强度均先增加后减小,界面显微组织越来越均匀。当钎焊温度为1200℃时,接头抗剪强度最大,达到348 MPa,接头断裂方式为准解理断裂。TiAl钎焊接头中原位自生的TiB晶须使裂纹发生偏转,调节钎缝的热膨胀系数梯度,实现对TiAl钎焊接头的强韧化。

热处理对原位自生TiB/Ti-55531复合材料锻坯的组织和拉伸性能的影响

针对真空自耗电弧熔炼及近等温热塑性变形所获原位自生2vol%TiB/Ti-55531复合材料锻坯,研究了固溶、时效热处理工艺参数对其显微组织和拉伸性能的影响规律。结果表明:2vol%TiB/Ti-55531复合材料及其基体合金锻坯经固溶热处理后,Ti B增强相尺寸形貌变化不大,弥散分布于β相基体的细针状α相回溶,晶界及局部择优取向的细针状α相长大成为条棒状初生α相,导致材料的塑性提高、强度降低。固溶态Ti-55531基体及其复合材料经时效热处理后,条棒状初生α相持续粗化,并有细针状次生α相析出,使得其综合力学性能明显优化。随着固溶温度从α+β两相区增加至β单相区,其固溶时效态组织中条棒状初生α相基本消失,细针状次生α相的数量明显增加,导致材料的强度提高、塑性降低。随时效温度的增加,复合材料及其基体合金显微组织中沿晶界分布的长条棒状初生α相变化不大,分布于β相基体的细针状次生α相粗化,使其强度降低、塑性增加。

添加明胶优化仿贝壳TiB2/Al-Cu复合材料的组织和力学性能

采用冷冻铸造及压力浸渗制备了TiB_(2)/Al-Cu层状复合材料。研究了明胶含量对复合材料组织和力学性能的影响。同时,分析了其组织、断裂和磨损机理。结果表明,随着明胶添加量的增加,TiB_(2)/Al-Cu复合材料的抗压、抗弯强度和韧性均有所提高。当明胶含量为1.0 wt%时,复合材料具有最佳的力学性能,其抗压强度、抗弯强度、裂纹萌生韧性(KIC)和裂纹扩展韧性(KJC)分别为(625±13)MPa,(626±4)MPa,(22.23±0.2)MPa·m^(1/2)和(54.43±2.4)MPa·m^(1/2)。此外,明胶的加入提高了TiB_(2)/Al-Cu层状复合材料的耐磨性能。力学性能和耐磨性能提高均归因于添加明胶后,陶瓷片层开始弯曲且桥接增多,TiB_(2)/Al-Cu层状复合材料微观结构得到优化。当复合材料受到外部载荷时,增加了形成多裂纹可能性,同时弯曲的陶瓷片层和陶瓷桥接有效地阻碍了金属片层间的剪切流动并抑制了金属的塑性变形,最终提高了复合材料的性能。

(TiB_(2)+TiB)/Ti-22Al-25Nb复合材料的热变形行为与组织演变

以放电等离子烧结(TiB_(2)+TiB)增强Ti_(2)AlNb基复合材料为初始材料,在Gleeble-3800热模拟实验机上开展了(TiB_(2)+TiB)/Ti-22Al-25Nb复合材料的热压缩变形实验,研究了变形温度1060~1150℃、应变速率0.05~5 s^(-1)范围内复合材料的热变形行为。通过对流变应力-应变数据分析,构建了复合材料在B2单相区内的本构方程,分析了不同Zener-Hollomon(Z)参数下复合材料的组织演变规律。结果表明:(Ti B_(2)+TiB)/Ti-22Al-25Nb复合材料的峰值应力随变形温度的升高和应变速率的降低而降低,压缩曲线存在不连续屈服现象。Z值对复合材料的组织演变和变形机制均有重要影响。当ln Z值处于较高水平(35.88)时,复合材料出现局部塑性流动变形失稳区,动态再结晶程度较低,再结晶晶粒平均尺寸为3.82μm,增强颗粒粒径平均尺寸为6.93μm。当ln Z值处于较低水平(29.11~31.28)时,复合材料心部区域均发生完全动态再结晶。随着Z值降低,当ln Z为29.11时,动态再结晶晶粒长大,其平均尺寸增至9.16μm,并且由于B元素扩散的加快,促进了烧结残余TiB_(2)颗粒向Ti B晶须(Ti Bw)转变,原位反应更加充分,增强颗粒平均尺寸减小至2.77μm,TiBw的团簇现象明显减弱。

轴瓦用原位TiB_(2p)/Al-10Sn复合材料的组织和摩擦特性

采用混合盐反应原位合成TiB_(2p)/Al-10Sn轴瓦用复合材料,用XRD、OM、SEM和EDS对其物相组成、凝固组织进行分析。结果表明:复合材料的物相组成为α-Al, β-Sn和TiB_(2),其中α-Al基体晶粒细小,内生TiB_(2)颗粒尺寸小于1.2μm,在α-Al基体晶界出现TiB_(2)颗粒偏聚现象,并形成共晶β-Sn相包裹TiB_(2)颗粒混合组织。在不同载荷下,采用“小止推圈-磨盘”式摩擦试验机,对TiB_(2p)/Al-10Sn复合材料和Al-10Sn基体合金的室温油润滑摩擦特性进行测试,200 N低载荷时,摩擦因数分别为0.017和0.015,摩擦温度分别为34℃和32℃,复合材料和基体合金都有明显的磨合期,且均表现出良好的减摩特性;400 N中载荷时,复合材料和基体合金的摩擦因数分别为0.080和0.170,摩擦温度分别为58℃和75℃,复合材料表现出更好的减摩特性和更高的承载能力;600 N高载荷时,复合材料的摩擦因数为0.118,基体合金出现咬合卡死现象而使试验无法进行。

粉末冶金TC4-B_(4)C原位反应制备TiC+TiB增强TC4基复合材料的显微组织和力学性能

以TC4和B_(4)C粉末为原料,通过放电等离子烧结法(SPS)并结合热挤压制备不同含量TiB和TiC增强TC4基复合材料,研究以TC4-B_(4)C为原位反应体系生成不同含量TiB和TiC对TMCs的微观组织和力学性能的影响规律及其高温力学性能。结果表明:原位生成的TiC和TiB与基体结合牢固,TiC呈类球形颗粒状,TiB呈晶须状;增强相在基体中呈现出沿一次颗粒边界分布的三维网络状形貌;与未增强TC4合金相比较,复合材料基体晶粒显著细化,并存在较高的位错密度,TC4基复合材料的室温和高温性能得到显著提升;在室温拉伸下,当B_(4)C的含量(质量分数)为0.5%时,基体的连通性较好,表现出较高的强度(抗拉强度1246 MPa)和较好的伸长率(12.4%);在400℃下进行拉伸时,当B_(4)C的含量为1.64%时,TC4基复合材料的抗拉强度和伸长率分别为1112 MPa和6.9%。

TiB含量对真空热压烧结制备汽车用钛基材料性能的影响

为了获取钛基材料中TiB优选含量,研究和分析了TiB含量对汽车钛基材料性能的影响。在钛基材料试样中添加不同含量的TiB增强体颗粒,采用真空热压烧结制备了不同TiB含量的汽车钛基材料试样,并进行了试样室温拉伸性能和高温氧化性能的测试与分析。结果表明:当TiB含量由0.5vol%增至13vol%,试样拉伸性能和高温氧化性能均先提高后下降。当TiB含量为0.5vol%~8vol%时,试样拉伸断口为准韧性断裂;当TiB含量为10.5vol%和13vol%时,试样的拉伸断口均为准解理断裂。TiB含量优选为8vol%时,此时,试样的抗拉强度为1103 MPa、断后伸长率为19.36%,经600℃×24 h高温氧化后,单位面积氧化增重为6.3 g/cm^(2)。

CeO_(2)添加量对激光熔覆TiB_(2)-TiC/Ni复合涂层组织和性能的影响

利用激光熔覆技术在TC4钛合金表面制备了添加质量分数1.0%,1.5%,2.0%CeO_(2)的TiB_(2)-TiC/Ni复合涂层,研究了复合涂层的物相组成、显微组织和硬度,讨论了搭接率(30%,40%,50%)对最佳CeO_(2)含量条件下复合涂层试样摩擦磨损性能的影响。结果表明:复合涂层均由TiB_(2)、TiB、α-Ti、TiC、Ni_(3)Ti、Cr_(23)C_(6)、Ti_(2)Ni、Cr_(3)C_(2)、γ-Ni等相组成;添加质量分数1.5%CeO_(2)复合涂层的组织最为均匀致密,细化效果明显;随着CeO_(2)添加量的增加,复合涂层的硬度先增后降,添加质量分数1.5%CeO_(2)复合涂层的硬度最高,约为1 015 HV。CeO_(2)的最佳添加质量分数为1.5%,在此条件下随着搭接率的增加,试样的磨损质量损失先减小后增大,当搭接率为40%时,磨损质量损失最小,磨损机理为磨粒磨损。

原位自生TiB含量对TiAl钎焊接头的影响

采用TiH_(2)-65Ni(质量分数,%)+TiB_(2)粉末钎料在(1230℃,10 min)条件下钎焊连接Ti-47Al-2Nb-2Cr-0.15B(摩尔分数,%)合金,研究TiAl钎焊接头的界面组织、形成机制及其随原位自生TiB含量(体积分数0~40%)的演化过程,分析钎焊接头的界面组织与抗剪强度的内在联系,并探究TiB晶须在钎焊接头中的强化机制。结果表明:TiAl钎焊接头均由三个界面反应层组成,其主要物相为Al_(3)NiTi_(2)、Ti_(3)Al和TiB。随着TiB体积分数(0~20%)的增加,TiB晶须细化组织、强韧化作用增强,这有利于TiAl钎焊接头抗剪强度的提高,TiB体积分数为20%时接头抗剪强度达最大值332.54 MPa;当TiB体积分数分别增加至30%和40%时,TiAl钎焊接头脆化,产生孔洞,导致接头抗剪强度分别下降至206.75 MPa和170.43 MPa。TiAl钎焊接头均脆断于以连续块状的脆硬Al_(3)NiTi_(2)为主要物相的等温凝固层Ⅱ中。

基于第一性原理分析铈对Al-Ti-B-Ce中间合金中TiB_(2)界面行为的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理,通过筛选建立了以8种最主要的高对称性原子堆垛方式形成的TiB_(2)(0001)//TiB_(2)(0001)界面模型,计算了Al-Ti-B中间合金中掺杂稀土铈前后该界面的黏附功以及铈在界面处的偏聚焓和在(0001)面的吸附能,分析了铈对TiB_(2)界面行为的影响。结果表明:细化剂中掺杂铈后由2个以钛原子为终端的表面通过心位方式堆垛形成的界面和由以钛原子为终端的表面与以硼原子为终端的表面通过心位堆垛形成的界面的黏附功降低,有助于TiB_(2)弥散分布;铈在该界面处的偏聚焓为正值,无法自发偏聚到界面处,铈在TiB_(2)(0001)表面上具有较高的吸附能,可抑制TiB_(2)在此面的堆垛生长。

Effect of rare earth on morphology and dispersion of TiB2 phase in Al-Ti-B alloy refiner

To investigate the effect of rare earth on size and distribution of TiB2 phase in aluminum alloy refiner,Al-5Ti-1B-RE master alloy was fabricated,and its microstructure and phase constitutions were investigated by the combination of first principles calculations and experimental investigation.The calculated results reveal that Ce has the most effective modification ability due to the most positive adsorption energy and the largest charge transfer value compared with other rare earth elements.Results of experimental investigation indicate that the addition of rare earth in the Al-5Ti-1B alloys can greatly refine the particle size of TiB2,improve the distribution of particles and lead to better refinement effect than that of the Al-5Ti-1B alloys without rare earth.Moreover,Ce has the best optimization effect,which agrees well with the calculated results.

TiB的添加对ZnAl合金改性的微观影响

采用扫描电子显微镜、高角度环形暗场扫描透射电子显微镜和能量X射线谱,研究TiB的加入对锌铝共晶(ZA27)合金改性的微观作用。铸造一系列Zn−27Al−2Cu−0.02Mg−x(Ti+B)(x=0,0.01,0.02,0.05,0.10,0.20,质量分数,%)合金。研究结果表明,ZA27合金的硬度和强度随(Ti+B)含量的增加而提高,在(Ti+B)含量为0.05%时达到最高值。TiB改性剂可以细化初生α(Al)相晶粒,改变珊瑚状(α(Al)+η-Zn)共析组织的微观结构,这是ZA27合金力学性能提高的原因。改性后的共析组织表现出篮状和条状共析组织微观结构特点。初生α(Al)相晶粒的细化很可能与B在固−液界面上偏析引起的成分过冷有关。B和/或Ti参与共晶和共析反应,改变了共析组织的形态。

Cu,Ag,Ni掺杂TiB_2基涂层的结构及韧性研究

采用磁控溅射方法分别掺杂含量约为10%(原子分数)的Cu,Ag,Ni金属,制备出三种TiB2基涂层。利用XRD,SEM分析涂层结构,并通过塑性指数δH、划痕和压痕三种手段对涂层韧性进行表征。结果表明:掺杂金属在涂层中的存在形式不同,导致对涂层晶粒和生长结构的影响不同,其中Ag以晶体形式存在,未发现Cu和Ni的晶相;三种涂层均存在TiB2晶相,Ni和Ag使TiB2晶粒细化,Cu促进晶粒长大;TiB2-Cu和TiB2-Ni涂层为柱状结构,表面存在明显颗粒,而TiB2-Ag涂层柱状结构趋于消失,表面无明显颗粒。结构的不同对涂层的力学性能有明显影响,所有涂层均保持在较高的硬度(>35GPa),三种金属都对涂层韧性有所改善,其中Ni最为显著,Cu和Ag相对较差。

热喷涂制备TiB_2涂层的研究进展

TiB2具有优良的性能和潜在的应用前景,采用粉末冶金制备致密块体材料的工艺复杂、成本高昂,限制了它的应用。涂层技术则是简化制备工艺、降低制造成本的有效手段。本文综述了热喷涂制备TiB2涂层的工艺特点以及TiB2物理化学特性对热喷涂制备工艺的影响,提出通过粉体复合技术改善TiB2粉体的物性,满足热喷涂工艺要求,从而获得高质量涂层的措施。

铝电解TiB_2/C复合阴极用煤沥青的无机改性

采用无机粒子改性法在200℃下对煤沥青进行改性,分析无机粒子(Al2O3粒子或TiB2粒子)对改性煤沥青结构与性能以及改性沥青基TiB2/C复合阴极性能的影响。研究结果表明:改性煤沥青的结焦值和软化点比未改性煤沥青均有较大提高。无机粒子的添加进一步提高改性煤沥青的结焦能力,但降低改性煤沥青的软化点,与对比改性煤沥青相比,Al2O3粒子和TiB2粒子改性煤沥青的软化点分别降低4.5℃和2.0℃,结焦值分别提高4.85%和5.35%。经过1 000℃炭化,其残炭率相对于对比试样分别增加3.01%和5.87%。与对比复合阴极相比,Al2O3粒子和TiB2粒子改性煤沥青基复合阴极的密度分别增大0.45%和1.79%,开孔率分别降低5.08%和5.78%,电阻率从52.93μΩ·m分别降低到48.86μΩ·m和49.95μΩ·m,抗压强度从24.21 MPa分别增加到28.78 MPa和28.06 MPa,电解膨胀率分别降低0.10%和0.16%。无机改性粒子均匀地分布于粘结剂煤沥青炭中。