SiC_f/Ti-6Al-4V复合材料的界面性能

采用纤维推出法测量了SiCf/Ti-6Al-4V复合材料的界面剪切强度。结果表明,热压态碳涂层和未涂层纤维与基体的界面剪切强度分别为118.2MPa和230MPa,界面脱粘发生在碳涂层或纤维与界面反应层之间。500℃,600℃和800℃退火处理后,界面剪切强度均低于热压态的强度,随退火时间的增加,500℃处理后的界面剪切强度呈下降趋势,600℃和800℃处理后呈微弱上升趋势,而且800℃处理后,界面脱粘可发生在基体/界面反应层和碳涂层或纤维/界面反应产层2个界面。

微波法合成正极材料Li_3V_2(PO_4)_3

用微波法合成了锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3。XRD、充放电和循环伏安测试表明:在900℃下恒温11 min,合成的样品结晶度好、无杂相,0.2C时,使用该材料的电池首次循环的充、放电容量分别为177.1 mAh/g和145.7 mAh/g,循环50次后,放电容量为98 mAh/g。当充电到4.9 V时,Li3V2(PO4)3存在4个充电平台,且有较高的放电平台。

锂离子电池正极材料Li_3V_2(PO_4)_3-MCNTs的合成及电化学性能

采用溶胶凝胶一固相法制备LijV2（P04）3-MCNTs复合材料，并研究了多壁碳纳米管（MWCNTs）对其物理性能及电化学性能的影响。采用X射线衍射光谱法（XRD）、扫描电子显微镜法（SEM）和热重分析法（TGA）对其晶型结构、形貌特征等物理性能进行了表征；采用循环伏安、交流阻抗、恒流充放电测试等方法对其电化学性能进行了测试。研究发现。磷酸钒锂在800oc高温处理后为单斜结构，三维网络结构MWCNT负载磷酸钒锂[Li3V2（P04）3-MCNTs]复合材料具有良好的电化学性能。在充放电倍率为0．1C。电压窗口为3～4．4V时首次放电比容量为130．5mAh／g，库仑效率为99.7％。倍率性能测试显示。在0．5C、1．0C、2C下，Lj3V2（PO4）3/VICNTs仍保持优越的循环稳定性。由此可见，Li3V2（P04）3-MCNTs复合材料对正极材料的容量、倍率性能及循环稳定性都具有明显影响。

TiB_2/Ti-6Al-4V梯度装甲复合材料界面结构与防弹机理

为了不断提升装甲车辆的防护效能,采用超高重力场反应加工技术,实现Ti B2基陶瓷与Ti-6Al-4V的熔化连接,制备出Ti B2/Ti-6Al-4V梯度装甲复合材料。通过X射线衍射(XRD)与场发射扫描电子显微镜(FESEM)观察、残余穿深(DOP)实验及数值理论分析,研究其界面结构对防弹性能的影响。XRD和FESEM结果表明,在Ti B2/Ti-6Al-4V的连接界面上,Ti B2、Ti B陶瓷相自陶瓷侧逐渐过渡至钛合金侧,呈现梯度复合特征。经对Ti B2基陶瓷与Ti B2/Ti-6Al-4V梯度装甲复合材料进行DOP试验,二者防护系数分别为3.05和7.30.相比于Ti B2基陶瓷,Ti B2/Ti-6Al-4V梯度装甲复合材料的防弹性能大幅提高。陶瓷与钛合金连接区的梯度复合结构缓解了Ti B2/Ti-6Al-4V之间声阻抗失配状况,提高其剪切强度,在表观上使防弹性能得以显著提升。

W18Gr4V钢材料的圆板牙热处理工艺研究

利用高速钢板牙的热处理工艺,通过W18Gr4V钢作为圆板牙的材料,对于淬火工艺、回火工艺等热处理过程进行详细分析,质量检验的结果表明:采用压具回火可以有效避免回火工件变形;被切削捧料的材料性能、切削速度,对于螺纹外径均有一定的影响;W18Gr4V材料只有经过正火或球化退火才能进行粗加工。这一研究对于的圆板牙热处理工艺的改进具有明显的借鉴价值。

磁控溅射制备HA/Ti_6Al_4V复合材料种植体体外生物活性研究

研究了射频磁控溅射法制备的HA/Ti6Al4V复合材料种植体在模拟体液(Simulated body fluid,SBF)环境下的生物活性。利用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、红外光谱(FTIR)及X-射线衍射(XRD)分析了该种植体涂层在模拟体液中浸泡前后的表面形貌、界面结合状态、晶体结构和相组成的变化,结果表明:该种植体涂层在模拟体液中存在溶解和新生物质在其表面沉积相伴的过程。其中,HA涂层表面的新生物质是一种缺钙型且含有CO32-的类骨磷灰石,其n(Ca)/n(P)比值约为1.56,晶粒小,结晶度低,接近于非晶态,这与自然骨中无机相的结构成分相似,因此具有良好生物相容性和生物活性。

增材制造Ti6Al4V基复合材料研究进展

Ti6Al4V基复合材料具有高杨氏模量、高比强度、良好的耐磨性和高温耐久性等一系列优异的性能,在航空航天、汽车制造和石油化工等高端结构材料领域具有广阔的应用前景。然而,Ti6Al4V基复合材料的传统减材制造方法存在能耗高、效率低、工艺复杂、材料利用率低和后处理加工成本高等共性缺点,无法满足规模化应用的需要。在此情况下,增材制造(additive manufacturing,AM)技术因具有能耗低、效率高、材料利用率高及对复杂形状制品可实现近净成型等优点,在制备Ti6Al4V等合金及其复合材料方面具有显著的应用优势和重要的科研价值。综述了现有Ti6Al4V基复合材料的增材制造方法,包括选区激光熔融(selective laser melting,SLM)、激光定向能量沉积(laser directed energy deposition,LDED)、电子束熔融(electron beam melting,EBM)、丝材电弧增材制造(wire arc additive manufacturing,WAAM)和电子束自由成形(electron beam freeform fabrication,EBFF)法,总结了上述方法的技术原理和优缺点,以及以原位合成陶瓷增强相为主的Ti6Al4V基复合材料的适宜加工参数、显微形貌特征及力学性能特点,并展望了增材制造Ti6Al4V基复合材料领域的技术发展趋势。

GNPs-Cu/Ti6Al4V复合材料热压烧结工艺优化及组织性能

以TC4钛合金粉为基体,石墨烯(GNPs)为增强相,采用真空热压法制备了质量分数为0.3%的GNPs-Cu/Ti6Al4V复合材料。通过正交试验探讨了烧结温度、压力、保温时间对复合材料相对密度、显微硬度和抗压强度的影响。结果表明:烧结温度是影响复合材料相对密度、显微硬度和抗压强度的关键因素,压力和保温时间对其影响较小。最优的烧结工艺为温度1150℃、压力35 MPa和保温时间40 min,此时复合材料的相对密度、显微硬度和抗压强度最佳,分别为99.34%,585.4 HV0.1和2382 MPa。GNPs-Cu/Ti6Al4V复合材料中主要除α-Ti和β-Ti外,还存在TiC和Ti_(2)Cu相,在其压缩断口有较完整GNPs存在。

B添加对TiC/Ti6Al4V复合材料组织和耐磨性能的影响

用熔铸法制备原位自生钛合金基复合材料,研究B元素的添加对TiC/Ti6Al4V复合材料显微组织和耐磨性能的影响。结果表明:当B的加入量小于0.06%(质量分数,下同)时,随B加入量的增加,复合材料中的枝晶状增强相TiC的尺寸显著减小,由粗大的树枝状逐渐减小为细小的树枝状,甚至链条状和颗粒状,但是复合材料的耐磨性下降;当B添加量从0.1%增加到0.6%时,枝晶状TiC细化不明显,TiC周围伴有纤维状的TiB出现,复合材料的耐磨性能得到明显提高。B对TiC枝晶的细化是凝固前沿成分过冷区形核率的提高和TiC生长率降低的综合作用结果。耐磨性能的改善主要是生成的大量纤维状TiB共同参与了磨损所致。

8Cr4Mo4V材料钢球滚动接触疲劳试验研究

为了评价当前工艺水平航空主轴承用8Cr4Mo4V材料钢球滚动接触疲劳性能,以9.525 mm直径的8Cr4Mo4V材料钢球为研究载体,采用五球疲劳试验机开展不同应力水平下接触疲劳试验,对试验失效钢球通过失效模式与失效断口演变形式分析,确定试验数据有效性,同时提出简单程序数据处理方法对试验数据进行分析,获得不同失效概率下的钢球疲劳寿命并形成P-N疲劳曲线。结果表明:当前工艺水平航空主轴承用8Cr4Mo4V材料钢球滚动接触疲劳寿命是国外1992年试验国外材料钢球疲劳寿命的3倍以上;通过对9.525 mm直径8Cr4Mo4V材料钢球疲劳试验数据分析,求解出应力寿命函数的待定系数,可预测出不同应力水平下的接触疲劳寿命。

Li3V2-xMgx（PO4）3/C正极材料的制备及电化学性能研究

通过溶胶-凝胶法制备出Mg2+掺杂Li3V2-xMgx(PO4)3/C(x=0,0.01,0.05,0.09)正极材料。采用X-射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)对材料的结构和形貌进行了表征和分析,通过恒流测试、循环伏安和交流阻抗测试对样品的电化学性能进行了表征,结果表明适量的掺杂能够显著提高材料的电化学性能。当倍率为0.2 C,充放电电压为2-4.3 V,材料Li3V1.95Mg0.05(PO4)3/C表现出最优的电化学性能,首次放电容量达到162.1 mAh·g^-1。经过不同倍率的充放电循环后,其初始容量保持率可达98.5%,表现出优异的电化学稳定性。

花状NH4V4O10微纳米结构的水热制备及电化学嵌锂性能

通过水热法制备了花状NH4V4O10微纳米结构.采用XRD,SEM,TEM和XPS等手段对样品的结构、形貌和组成进行了表征.实验结果表明,所制得的NH4V4O10花状结构是由直径约100 nm,长度为几微米的纳米带团簇构成.研究了反应体系中温度和时间等因素对NH4V4O10形貌的影响.将制备的NH4V4O10组装成锂模拟扣式电池,考察了其电化学嵌锂性能.结果显示,花状NH4V4O10具有较高的比容量(307 mA.h/g),有望作为锂离子电池的新型正极材料.

C/Mo双涂层改性SiC_f/Ti-6Al-4V界面性能的研究

采用真空热压工艺制备C/Mo双涂层改性SiC f/Ti-6Al-4V复合材料,并对部分热压材料进行真空热暴露处理。随后对两种材料分别进行纤维顶出试验,由顶出后的纤维表面的能谱点分析结果可知,在顶出过程中,制备态试样界面脱粘发生在C/Mo涂层之间;热处理试样界面脱粘发生在纤维与反应层TiC之间。最后,采用已有理论模型估计了两种材料的界面剪切强度与界面断裂韧性,结果表明热处理后的复合材料的界面结合更强。

微波烧结TiC/Ti6Al4V复合材料的高温氧化行为

采用微波烧结法制备TiC/Ti6Al4V复合材料,研究TiC/Ti6Al4V复合材料在550、650和750℃空气中的恒温氧化行为,并对氧化膜的表面、截面形貌及相组成进行了分析。结果表明:TiC/Ti6Al4V复合材料由TiC、ɑ-Ti+β-Ti三种物相组成。随着氧化温度的增加,TiC/Ti6Al4V复合材料的氧化规律由抛物线型转变为直线型,在650℃温度以下,复合材料的氧化产物主要由TiO_2组成,而750℃时氧化层主要有外层极薄的TiO_2、中间层Al_2O_3和TiO_2混合区及大部分内层TiO_2三部分组成。随着TiC含量增加,氧化激活能增大,氧化物粒径减小,TiC/Ti6Al4V复合材料的抗氧化性能也越好。

SiC/Ti-6Al-4V复合材料在横向拉伸载荷下界面失效行为的数值模拟

采用有限元模拟了SiC/Ti-6Al-4V复合材料冷却过程和横向拉伸试验过程,横向拉伸试样采用十字形试样。分别建立了平面应力和轴对称有限元模型,采用平面应力有限元模型计算环绕纤维圆周的界面微区应力分布,预测界面失效机制。采用轴对称有限元模型分析复合材料界面脱粘过程以及残余应力对界面径向应力分布的影响。结果表明:对于SiC/Ti-6Al-4V复合材料十字形试样,在横向拉伸载荷下的界面失效由径向应力导致,界面失效模式为法向失效,剪切失效模式未发生;十字形试样在横向拉伸载荷下界面初始脱粘位置处于界面中间;随横向拉伸应力增加,十字形试样的界面脱粘对称向两边扩展;界面径向应力随残余应力降低而升高。

直接激光沉积Ti6Al4V/Inconel 718复合材料微观组织与力学性能分析

Ti6Al4V和Inconel 718合金被广泛用于航空航天。但TC4或Inconel 718难以同时满足轻量化和耐高温的需求。因此采用直接激光沉积制备了不同比例Ti6Al4V/Inconel 718复合材料。分别通过X射线衍射,扫描电子显微镜和能谱仪分析相组成,微观结构和元素分布。同时,研究了显微硬度和摩擦磨损性能。结果表明:随着Inconel 718的比例增加,有Ti2Ni和Ni3Ti金属间化合物形成。Ti2Ni的形成机理为:β→α+Ti2Ni和L→β-Ti+Ti2Ni,且Ti2Ni金属间化合物的偏析机理为晶间偏析。随着Inconel 718含量增加,复合材料的显微硬度逐渐增加。当Inconel 718的体积分数为50%时,其平均显微硬度值为7700 MPa,比100%Ti6Al4V的平均显微硬度高85.5%。显微硬度增加与Ti2Ni金属间化合物的析出强化直接相关。复合材料以磨料磨损为主,并伴随着黏着磨损。随着Inconel 718的增加,黏着磨损减弱。当Inconel 718的体积分数达到50%时,磨损量仅为100%Ti6Al4V的36.9%。

热暴露对SiC_f/Ti-6Al-4V复合材料热膨胀行为的影响(英文)

研究了热暴露对SiCf/Ti-6Al-4V复合材料热膨胀行为的影响。对基体合金、制备态复合材料、经900℃热暴露10,25及75h的复合材料的热膨胀行为进行了实验测量。结果表明,无论纵向和横向,热暴露的复合材料其热膨胀系数均高于制备态复合材料。且无论纵向和横向,经900℃热暴露10和75h的复合材料热膨胀系数均高于经900℃热暴露25h的复合材料。这是因为经900℃热暴露25h的复合材料拥有较为合适的界面反应。另外,在对复合材料纵向热膨胀系数进行预测时,因为Schapery模型在整个加热过程中都考虑了热拉伸残余应力对复合材料热膨胀系数的影响,因此在CTE曲线的高温阶段,预测值低于实验值。

Zr添加对TiC/Ti6Al4V复合材料组织和性能的影响

用熔铸法制备原位自生TiC/Ti6Al4V复合材料,研究Zr元素的添加对TiC/Ti6Al4V复合材料显微组织、压缩性能和耐磨性能的影响。结果表明:当Zr添加量在1%～4%(质量分数,下同)范围内变化时,初生TiC呈枝晶状,在初生TiC周围伴有花瓣状、片状或须状共晶TiC生成;且随着Zr含量的增加,初生TiC的尺寸减小,共晶TiC的数量增加,复合材料的耐磨性能和压缩性能增强。当Zr添加量在6%～10%内时,枝晶状TiC又变得发达,但在此范围内随着Zr含量的增加,复合材料的耐磨性和压缩性能呈下降趋势。当Zr量为4.0%时,复合材料的抗压强度达到峰值。

Ti合金插层厚度对反应连接TiB_2基陶瓷/Ti-6Al-4V梯度复合材料的影响

将Ti合金插层引入(Ti+B_4C)反应原料和Ti合金底板之间,研究Ti合金插层厚度变化对超重力反应连接TiB2基陶瓷/Ti-6Al-4V梯度复合材料界面显微组织与力学性能的影响。热力学计算表明:合成反应的绝热温度远超Ti合金的熔点,可以保证不同厚度的Ti合金插层全部熔化。XRD、FESEM及EDS分析结果表明:在陶瓷和Ti合金底板之间形成梯度界面区,且随着Ti合金插层厚度的增加,梯度界面区的厚度也不断增大。自陶瓷基体至Ti合金底板,TiB_2和TiC_(1-x)的体积分数不断减少,而TiB的体积分数先增加而后减少,最终形成以TiB_2、TiC_(1-x)及TiB陶瓷相尺寸和分布为特征的梯度复合结构。而梯度连接区的硬度分布趋势更加平缓,其剪切强度不断提升。

基体组织对TiC/Ti-6Al-4V复合材料断裂韧性的影响

采用原位自生的方法制备了TiC颗粒增强的TiC/Ti-6Al-4V复合材料。将锻造后的钛基复合材料在700℃、995℃以及1020℃进行热处理,获得具有不同基体微观组织的复合材料,研究基体微观组织对钛基复合材料拉伸性能以及断裂韧性的影响。结果表明,初始α相的含量及其尺寸对TiC/Ti-6Al-4V复合材料的断裂韧性影响较大,初始α相体积分数为20%时,复合材料拉伸性能最好,抗拉强度和伸长率分别为1057.5 MPa、19.95%;同时具有优良的断裂韧性。