V-Si金属间化合物/陶瓷复合材料的制备工艺及其研究发展现状和发展趋势及应用现状

V-Si金属间化合物材料具有很多优秀的性能,例如较高的力学性能、优秀的耐磨损性能和耐腐蚀性能以及抗高温氧化性能等。V-Si金属间化合物主要包括V3Si、V5Si3和VSi2。陶瓷材料也具有很多优秀的性能,如较高的力学性能、良好的耐磨损性能和抗高温氧化性能以及耐腐蚀性能。可以将V-Si金属间化合物与陶瓷材料相复合制备V-Si金属间化合物/陶瓷复合材料,其具有较高的力学性能和良好的耐磨损性能、抗高温氧化性能以及耐腐蚀性能等。笔者主要叙述V-Si金属间化合物/陶瓷复合材料的制备工艺、物相组成、显微结构、力学性能、耐磨损性能、耐腐蚀性能和抗高温氧化性能以及其他性能等,并叙述V-Si金属间化合物/陶瓷复合材料的研究发展现状和发展趋势,并对V-Si金属间化合物/陶瓷复合材料的未来研究发展趋势和发展方向进行分析和预测。

机械合金化-热处理制备V_5Si_3材料

[目的]为了获得V/Si类化合物基本结构和性能,拟合成V/Si系金属间化合物V_5Si_3。[方法]采用V粉和Si粉作原料,按照原子比V∶Si=5∶3进行称量,通过机械合金化与热处理制备V_5Si_3,再利用XRD,SEM/EDS等方法对球磨粉体试样和热处理试样的物相组成、微观形貌和微区成分进行分析与表征,并测量其抗压性能和硬度。[结果]V/Si粉体经过球磨后颗粒度减小,逐渐非晶化,最终得到以原子比V∶Si=5∶3结合的非晶态物质;经过热处理,非晶态结构转变为V_5Si_3晶体。[结论]随着热处理温度的升高,晶体结晶度提高,材料的抗压强度和显微硬度增加,抗压强度达到640 MPa,显微硬度最高为656 MPa。

SiC颗粒增强Al-Fe-V-Si复合材料的SiC/Al界面形貌

采用喷射沉积工艺制备SiCp/Al-Fe-V-Si复合材料,并通过热压和热轧工艺对沉积坯进行致密化;通过高分辨电镜观察其SiC/Al界面形貌,并对比热暴露后的界面形貌。结果表明:复合材料主要存在两种SiC/Al界面,一种是厚度为3nm左右的晶态Si界面层,且在界面附近的基体中生成细小的Al4C3相;另一种是厚度为5nm的非晶态SiO2界面层,部分溶解的SiC颗粒向附近Al基体中注入游离态的Si,在界面附近形成Si的浓度梯度;两种界面都具有良好的润湿性,界面结合强度高;经640℃热暴露10h后,SiC/Al界面处生成的粗大Al4C3脆性相降低界面结合强度,从而降低复合材料的力学性能。

SiCp／Al-Fe-V-Si复合材料组织与性能的热稳定性

为研究SiCP/Al-Fe-V-Si复合材料的热稳定性,对多层喷射沉积技术制备的SiC颗粒增强Al-Fe-V-Si合金经过不同温度下的热稳定性实验后进行了硬度检测,并对其显微组织进行了电镜观察。结果表明:随着基体合金材料中Fe含量的提高,复合材料的组织和力学性能具有更好的高温稳定性。添加SiC颗粒后,SiC颗粒向基体中注入Si,由于基体中Si浓度的提高,减慢了合金中第二相弥散粒子的粗化和分解,与未添加SiC颗粒的合金材料相比,添加SiC颗粒复合材料的组织和力学性能具有更好的高温稳定性。

喷射成形Al-Fe-V-Si系耐热铝合金的数值模拟及组织分析

利用数值模拟方法模拟了在喷射成形Al Fe V Si系耐热铝合金过程中雾化液滴的飞行状态及凝固行为 ,给出了不同尺寸雾化液滴的冷却速度和固相分数随飞行距离的变化规律 ,并对雾化颗粒的形貌组织进行了观察分析。在雾化颗粒中观察到了尺寸在 1～ 10 μm的第二相 ,能谱及XRD分析表明这种第二相为Al12 (Fe ,V) 3

添加Mg和Cu对Al-Fe-V-Si合金组织与性能的影响

采用OM、SEM、XRD、力学拉伸实验、硬度测试等手段研究了单独添加Mg及同时添加Mg和Cu对铸态Al-Fe-V-Si合金及其热挤压棒材显微组织和力学性能的影响。结果表明:添加Mg可以明显细化Al-Fe-V-Si合金的铸态组织,改善铝铁相的形貌与分布,还有利于提高合金的硬度与强度;同时添加Mg和Cu时,Cu部分抵消了Mg的细化作用,但经过热处理后,Mg2Si、Al2Cu和Al2CuMg相的形成,使合金的硬度与强度进一步提高。

Fe-Cu-Nb-V-Si-B纳米晶合金磁导率与温度的关系

研究了不同温度（530—620℃）退火后的Fe72．7Cu1Nb2V1．8Si13．5B9纳米晶合金初始磁导率μi与温度T的关系（μi-T曲线）．实验结果表明，退火温度Ta对μi－T曲线的形状有较大的影响．根据Ta可将μi－T曲线划分为三种类型，其对应的退火温度分别为（1）Ta=530—550℃，（2）Ta=560—590℃，（3）Ta600℃．分析了这三种类型的μi－T曲线对应的合金相结构，讨论了双相纳米晶合金中晶体相的晶粒尺寸、体积百分数及剩余非晶相的磁特性对μi-T曲线形状的影响．

喷射成形Al-8．5Fe-1．1V-1．9Si合金的热稳定性

利用喷射成形技术制备了Al-8.5Fe-1.1V-1.9Si合金,借助透射电镜、X射线衍射和拉伸测试等手段研究了合金的微观组织和力学性能。结果表明,沉积态组织是由α-Al基体和Al_(12)(Fe,V)_3Si耐热相所组成。合金在400℃保温24h后具有高的拉伸强度,颗粒状的耐热相Al_(12)(Fe,V)_3Si的尺寸变化不大,显示了良好的热稳定性。

快速凝固Al-Fe-V-Si合金弥散纳米相的价电子结构

计算与分析了快凝Al－Fe－V－Si合金弥散纳米相基本结构单元α-（AlFeSi）的空间构型、价电子结构以及键络键能研究表明，V原子替代Fe原子可使结构稳定性增强主要原因是V原子自身的键合能力（Fα。

原位生成TiC对快凝Al-Fe-V-Si合金中“块状相”生成的影响

对含有原位生成ＴｉＣ粒子的快凝Ａｌ－Ｆｅ－Ｖ－Ｓｉ合金中的显微结构进行了电镜观察．结果表明：在Ａｌ６Ｆｅ相形成的温度范围内，ＴｉＣ粒子消除了初生Ａ１６Ｆｅ块状相，诱发了初生ａｌｍＦｅ相，ＡｌｍＦｅ相以包裹ＴｉＣ粒子的形式生长成类球状形貌，消除了边角效应，并用连续冷却方式下的形核理论对ＴｉＣ粒子的原位生成对合金中各相的形核动力学影响进行了分析与计算，与试验结果有较好的吻合．

喷射成形Al-8.5Fe-1.1V-1.9Si耐热铝合金的组织演变及性能分析

研究了喷射成形Al 8.5Fe 1.1V 1.9Si耐热铝合金组织结构的演变规律 ,测试了挤压态合金在室温及高温条件下的力学性能。与铸态组织特征相比较 ,喷射成形工艺有效地消除了铸态合金中粗大的富Fe析出相 ,获得了细小均匀的组织结构。利用OM ,SEM ,TEM ,XRD等材料分析测试手段 ,探索了材料中可能的组织演变过程及规律 ,结果表明 :喷射成形制备的Al Fe V Si耐热铝合金中 ,形成了大量的弥散分布的球状相 ,有效的保证了合金在室温及高温下的力学性能。室温下 ,合金的抗拉强度可以达到 44 5MPa ,屈服强度也达到了 3 98MPa ,延伸率为16%;在 3 15℃ ,合金的抗拉强度和屈服强度分别为 2 2 9和 2 0 9MPa。

快速凝固Al-Fe-V-Si合金喷射沉积坯的显微组织与力学性能

用喷射沉积法制备快凝Al-8.5Fe-1.3V-1.7Si合金沉积坯,通过金相、X射线衍射、透射电镜、扫描电镜、拉伸力学性能测试等分析手段研究快凝Al-Fe-V-Si合金喷射沉积坯的显微组织与力学性能。结果表明,喷射沉积Al-Fe-V-Si合金坯是由形状大小不同的雾化液滴沉积凝固微区(粉末)构成,也存在大量的孔隙和原始粉末界面。沉积坯主要由α(Al)+Al12(Fe,V)3Si(bcc,a≈1.260nm)的两相混合组织构成,细小的Al12(Fe,V)3Si球形颗粒均匀分布在α(Al)基体上,但不同粉末内部组织形态存在差异,使沉积坯表现出组织微观不均匀性。喷射沉积坯的力学性能与坯体致密度存在强烈的依赖关系,大量孔隙和原始粉末界面的存在使得坯体强度和塑性都处于较低的水平。

原位自生TiC颗粒对Al8.5Fe1.4V1.7Si耐热铝合金的组织及性能的影响

利用原位自生技术向Al8.5Fe1.4V1.7Si耐热铝合金中添加一定数量的TiC颗粒,利用金相、X-射线以及透射电镜等手段,分析了材料的组织结构特点,研究了原位TiC粒子对材料的组织结构的影响规律,并测试了材料的力学性能。研究结果表明:原位TiC粒子可以有效地抑制合金中粗大相的产生,促进球状Al12(Fe,V)3Si相的形成;通过添加原位TiC粒子,可以将材料的力学性能提高10%左右,而材料塑性变化不大。

高能球磨对Al-Fe-V-Si耐热铝合金微观组织及压缩性能的影响

采用惰性气体雾化法制备了Al-7.8Fe-1.3V-2.0Si合金粉末,通过高能球磨和粉末冶金工艺制备了Al-Fe-V-Si合金棒材,研究了材料的微观组织和在25,250,315℃下合金的压缩强度,结果表明,高能球磨可以使合金中Al12(Fe,V)3Si析出相分布更加弥散均匀,能使合金在25,250和315℃下的压缩强度得到大幅度提高。

Al-Fe-V-Si合金高温变形热模拟

采用Gleebe 1 5 0 0热模拟机 ,对喷射沉积Al Fe V Si合金在温度为 35 0～ 5 5 0℃、应变速率为1× 1 0 - 4 ～ 1× 1 0 - 2 s- 1 、最大变形程度为 5 0 %的条件下 ,进行高温压缩热模拟实验研究 .在实验基础上 ,分析了合金高温变形时的变形激活能和应力指数以及流变应力与应变速率、变形温度之间的关系 ,为确定该合金的挤压温度提供了实验依据 .实验结果表明 ,该材料具有较高的应力指数和变形激活能 ,而且在 480℃下具有较低的变形抗力 ,又能保证挤压后产品有较好的力学性能 ,因此 ,可以考虑将挤压温度定在

Be对铸态Al-Fe-V-Si合金组织及性能的影响

元素Be的加入使铸态Al-Fe-V-Si合金中粗大针状的铝铁相得到明显改善,基体晶粒得到细化,力学性能提高。在分析试验结果的基础上,对不同Be添加量的细化变质效果做了比较,综合来看,加入1.28%Be的合金中针状铝铁相已经消失,基体晶粒细小,力学性能较好。

快速凝固Al-Fe-V-Si合金微结构Mossbauer谱研究

用Mossbauer谱研究了快速凝固Al－Fe－V－Si合金的微结构，结果表明，合金中Fe原子存在α－Al（Fe），α－Al（Fe－Fe）替代固溶体及α－Al13（Fe，V）3Si金属间化合物三种组态，高温热曝露状态除4.3％Fe合金（原子分数）α－Al（Fe－Fe）组态消失外，其它合金组态类型不变，但含量发生相对变化，急冷态和退火态α-Al晶格常数随合金中Fe含量增加呈现不同程度的下降趋势，归因于两种状态组分原子Fe，V和Si含量的变化。

喷射成形Al-8.5Fe-1.1V-1.9Si耐热铝合金中弥散强化相体积分数的确定

利用喷射成形工艺制备了Al 8.5Fe 1.1V 1.9Si耐热铝合金 ,观察了合金中耐热相的形貌 ,发现弥散强化相的尺寸在 5 0～ 10 0nm之间。采用Rietveld全谱拟合的方法初步测定了铝合金中弥散强化相的重量百分数为 2 8.4% ,通过换算得出弥散强化相的体积分数为 2 2 .4%。同时分析了与平面流铸造 (PFC)所制备的合金中耐热相体积分数的差异 。

沉积温度对磁控溅射制备V-Al-Si-N硬质涂层结构及性能的影响

采用磁控溅射工艺制备了不同沉积温度的V-Al-Si-N涂层,利用X射线衍射、扫描电镜、纳米压痕仪和摩擦磨损试验机对涂层的结构和性能进行了分析。研究结果表明:室温下制备的涂层生长缺陷较多,残余应力较大。适当提高沉积温度至300℃,涂层的晶体结晶性得到提高,柱状晶粗大贯穿整个膜厚,晶粒尺寸变大;继续提高沉积温度至500℃时,涂层呈(200)择优取向,晶粒尺寸变小,涂层致密度提高。随着沉积温度的提高,涂层的硬度略有下降,但是涂层的摩擦学性能得到大幅度提升。500℃制备涂层的硬度为29.7 GPa,磨损率达到6.1×10-17m3/Nm,比室温制备的涂层的磨损率降低了两个数量级。

快速凝固Al-Fe-V-Si-Nd合金中纳米相转变动力学

应用M ssbauer谱 ,X射线衍射 (XRD)和差式扫描量热法 (DSC)研究了颗粒弥散的快速凝固Al 4.3Fe 0 .7V 1.7Si 1.0Nd(摩尔分数 ,% )合金中纳米相的转变和相变动力学 ,并用Arrami公式X =1-exp(-Ktn)计算了纳米相转变的激活能。结果表明 :快速凝固纳米合金在加热过程中发生Al8Fe4 Nd相向α Al13 (Fe,V) 3 Si相转变 ,α Al13 (Fe,V) 3 Si相生成所需的激活能E =(2 .48± 0 .0 9)eV ,与Fe原子在α Al中的扩散激活能相一致 ,说明α Al13 (Fe ,V) 3 Si相的形核长大主要由Fe原子的体扩散控制。