时效处理对Cu-Y_(2)O_(3)-Ti复合材料组织及性能的影响

以Cu、Y、Ti和CuO粉末为原料,采用机械合金化(MA)和热还原的方法制备了Cu-Y_(2)O_(3)-Ti复合粉末。然后经放电等离子烧结(SPS)技术制备了Cu-Y_(2)O_(3)-Ti复合材料,并对材料进行了900℃固溶1 h和不同温度时效2 h的处理。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)、拉伸试验和导电率测量仪等研究了不同温度时效处理对Cu-Y_(2)O_(3)-Ti复合材料组织及性能的影响。结果表明:随着时效温度的升高,Cu-Y_(2)O_(3)-Ti复合材料的晶粒和第二相尺寸增大,导电率降低,最大应变和抗拉强度先增大后减小。Cu-Y_(2)O_(3)-Ti复合材料经900℃固溶1 h+400℃时效2 h后,综合性能最优,其具有良好塑性的同时,抗拉强度和导电率分别达到326.4 MPa和73.0%IACS。

钨纤维增韧钨基复合材料的研究进展

钨纤维增韧钨基复合材料作为一种理想的面向等离子体材料,可以不需要引入其他合金元素,通过充分发挥钨纤维本身的优异性能而提升其韧性。对钨纤维增韧钨基复合材料的增韧机理、增韧相类型、制备方法的研究现状进行了综述,重点介绍了钨纤维表面改性、钨纤维体积分数以及烧结温度对复合材料性能的影响,指出了该复合材料今后的研究方向。

合金元素Zr对Cu-Y_(2)O_(3)复合材料组织和性能的影响

通过机械合金化和放电等离子烧结制备Cu-Y_(2)O_(3)和Cu-Y_(2)O_(3)-Zr复合材料,并采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、电导率和拉伸实验对其组织和性能进行系统研究。研究发现,复合材料的显微组织对其力学性能和电导率具有很大影响。电学性能的改善可归因于共格Y4Zr_(3)O_(12)粒子的形成和Cu_(4)Zr相的优先成核,它们分别改善了Y_(2)O_(3)和Cu基体之间的界面以及降低了位错密度。此外,Cu-Y_(2)O_(3)-Zr复合材料的屈服强度为265.6MPa,极限抗拉强度为301.0MPa,伸长率为23.6%,电导率达到92.0%(IACS)。

第二相成分改性硬质合金的研究进展

系统地论述了第二相成分改性硬质合金的研究进展,介绍了在碳化钨(WC)基硬质合金中添加第二相元素或化合物成分改性硬质合金的作用机理、改性剂种类及力学性能,并分析总结了掺杂第二相对硬质合金力学性能的提升机制。不同种类和含量的添加剂成分改性硬质合金作用效果不同,分类对比了不同添加剂和制备方法对硬质合金力学性能的影响,结果表明硬质合金的综合力学性能主要与晶粒细化程度和显微界面结构有关,添加的第二相能够与WC基体形成一定的配位结构,有效抑制WC晶粒生长,从而使合金性能获得提升。最后总结了当前第二相成分改性硬质合金的发展瓶颈和仍待解决的问题。

Hf含量对湿化学法制备超细W-Y_(2)O_(3)复合材料显微组织与性能的影响

本文在现有W-Y_(2)O_(3)材料基础上,引入微量Hf4+掺杂入Y_(2)O_(3),调节Y_(2)O_(3)与W晶粒之间的界面关系,从而改善W基材料的综合性能。通过改变Y与Hf元素的掺杂比例,获得纳米级W基复合粉体,在氢气气氛下常规烧结制备W-Y_(2)(Hf)O_(3)复合材料。采用SEM、TEM等表征手段对W-Y_(2)(Hf)O_(3)复合材料的性能进行表征分析,研究Y与Hf元素在材料中的作用规律。结果表明:掺杂Hf元素有利于后续氢气还原,在第二相掺杂量不变条件下,当Hf含量增加时,所获得的粉体粒径减小,W-3Y-7Hf的粒径约为100 nm,明显小于传统制备的W-Y_(2)O_(3)粉体。烧结后的块体晶粒尺寸细化,显微硬度和相对密度随之增大,成分为W-3Y-7Hf烧结块体显微硬度最高,为513.7HV_(0.2),致密度为97.6%。在钨基材料中同时添加Y与Hf元素会在钨晶粒的晶界与晶内处形成复合第二相氧化物Y_(2)Hf_(2)O_(7)颗粒,尺寸更小,弥散强化作用更强;其中,W-3Y-7Hf中第二相氧化物颗粒尺寸仅为200 nm左右,与钨晶界产生良好的界面结合关系,形成半共格界面。

磷酸盐陶瓷涂层耐高温冲蚀磨损性能研究

[目的]垃圾焚烧炉锅炉管道面临严重的高温冲蚀磨损问题,本文研究了磷酸盐陶瓷涂层的耐高温冲蚀磨损性能,以期实现对垃圾焚烧炉锅炉管道的长寿命保护。[方法]以浓磷酸、氢氧化铝、氧化镁和氧化锌为原料,在12Cr1MoV钢表面制备了磷酸盐陶瓷涂层。在不同冲蚀颗粒质量和冲蚀角下对涂层进行高温冲蚀磨损试验,利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)研究了磷酸盐陶瓷涂层的微观组织结构和冲蚀磨损形貌,探究了涂层的高温冲蚀磨损机理。[结果]磷酸盐陶瓷涂层的冲蚀质量损失随着单位时间内冲蚀颗粒质量的增加而线性增大,涂层磨损率最大时的冲蚀角是90°,随着冲蚀角减小,冲蚀率逐渐减小,冲蚀区域由圆形变为椭圆形。涂层表面在冲蚀后出现许多凹坑,冲蚀角越大则凹坑越深、越明显。[结论]磷酸盐陶瓷涂层在高温冲蚀磨损试验中符合脆性材料的冲蚀磨损规律,它适用于垃圾焚烧炉锅炉管道防护领域。

面向等离子体材料用先进钨复合材料的改性研究进展与趋势

核聚变能是解决未来社会能源危机的有效途径之一,但面向等离子体材料在聚变堆体中面临着来自等离子体严重的辐照和热冲击损伤。纯钨因其高热导率、良好的高温强度、低溅射和低蒸气压而被认为是最有希望的面向等离子体候选材料。纯钨在聚变堆工况条件下具有严重的脆性风险,因而对面向等离子体材料用先进钨材料的改性成为近年来的研究热点。钨基复合材料的改性方法主要包括合金化、第二相强化、纤维增韧和复合强化。本文综述了近年来国内外针对核聚变反应堆面向等离子体材料用钨基复合材料的改性方法及其性能,分析了钨基复合材料的改性机制,并展望了面向等离子体材料用钨基复合材料的发展方向。

热处理对Y_(2)O_(3)掺杂WC-Co硬质合金显微组织及性能的影响

采用固液掺杂法和放电等离子烧结制备了WC-Co-Y_(2)O_(3)硬质合金,随后对其进行了不同温度的退火处理。采用光学显微镜、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和维氏硬度计等研究了热处理前后WC-Co-Y_(2)O_(3)硬质合金的显微组织和力学性能。结果表明:氧化钇的加入可以细化WC-Co-Y_(2)O_(3)合金中的WC晶粒,提高了合金的维氏硬度和断裂韧性;随着退火温度的升高,WC-Co-Y_(2)O_(3)合金的维氏硬度逐渐降低,断裂韧性先升高后降低;WC-Co-Y_(2)O_(3)合金在500℃退火时拥有最佳的综合性能,维氏硬度为(1377±15)HV30,断裂韧性为(13.0±0.4)MPa·m^(1/2)。

La_(2)O_(3)含量对湿化学法制备超细W-Y_(2)O_(3)复合材料显微组织与性能影响规律研究

研究镧元素的添加对钨基材料的性能影响具有重要意义。采用湿化学法结合氢气还原制备成分为(a):W-0.25%(100%Y_(2)O_(3)+0 La_(2)O_(3))(W与第二相含量为质量分数,Y_(2)O_(3)与La_(2)O_(3)含量为原子分数,下同)、(b):W-0.25%(90%Y_(2)O_(3)+10%La_(2)O_(3))、(c):W-0.25%(70%Y_(2)O_(3)+30%La_(2)O_(3))、(d):W-0.25%(50%Y_(2)O_(3)+50%La_(2)O_(3))的粉体,然后通过放电等离子体烧结(SPS)方法制备块体,研究不同镧添加量对超细W-Y_(2)O_(3)复合材料显微组织与性能影响。对前驱体粉体的X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)图谱分析可得,镧的添加能够增大前驱体粉的比表面积,有利于后续氢气还原;不同成分的还原后,复合粉体形貌无明显差别,颗粒细小均匀,粒径约300 nm。块体材料中,成分为W-0.25%(90%Y_(2)O_(3)+10%La_(2)O_(3))的块体性能最好,其平均晶粒尺寸为3.15μm,相对密度大于99%,显微硬度为492 HV0.2。其第二相尺寸约50 nm,W(110)晶面与第二相Y-La-O(222)晶面形成近似半共格界面。

湿化学法W-Re合金制备与性能

本文研究Re添加量对W基材料W-xRe(x=3,5,10)的显微组织与性能的影响。结果表明,采用湿化学法结合氢气还原制备出相应Re含量还原粉体,通过放电等离子烧结制备出高致密度的W-Re合金块体。还原后粉体表面呈现细小珊瑚状形貌,粉体粒度约为400 nm,随着Re添加量的增加,烧结W-Re合金的显微维氏硬度呈现增加趋势。当激光热冲击的功率密度为0.48 GW/m^(2)时,材料表面仅出现粗糙化,比同实验条件下的纯W材料表现出更优异的抗热冲击损伤性能。

Cu含量对Fe-Cu-C系粉末冶金轴承材料组织性能的影响

以还原铁粉、电解铜粉、鳞片状石墨粉制备成形的混合料为原料,经压制烧结得到了Fe-xCu-0.7C(x=10、15、20和25 mass%)粉末冶金轴承材料。采用扫描电镜、洛氏硬度计、万能材料试验机及摩擦磨损试验等研究了烧结体试样的显微组织、硬度、压溃强度及摩擦磨损性能,分析了Cu含量对烧结体试样的孔隙率、显微组织和力学性能的影响。结果表明:烧结体试样的显微组织主要由珠光体、铁素体、Cu相以及孔隙组成,随着Cu含量从10%增加到25%,烧结体的开孔隙率和硬度降低,压溃强度先升高后降低,摩擦系数以及体积磨损量先降低后升高。当Cu含量为15 mass%时,Fe-15Cu-0.7C烧结体试样的综合性能较好,其密度、硬度、压溃强度、摩擦系数以及体积磨损量分别为6.14 g/cm^(3)、51.81 HRB、419.96 MPa、0.23和0.2145 mm^(3)。

时效温度对CuCrZr-WC复合材料显微组织及性能影响

通过机械合金化和放电等离子烧结制备了CuCrZr-WC复合材料,并对其进行固溶时效处理以改善其力学性能。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和拉伸试验等研究了不同温度时效对复合材料显微组织和力学性能的影响。结果表明:随着时效温度的提高,CuCrZr-WC复合材料的屈服强度和抗拉强度呈先增后减的趋势,导电率呈下降趋势。经过960℃固溶1 h+400℃时效2 h后CuCrZr-WC复合材料中存在粗大的Cr析出相和CuZr、Cu_(10)Zr_(7)纳米析出相,其屈服强度、抗拉强度和导电率分别为318.7 MPa、405.6 MPa和62.0%IACS。CuZr和Cr析出物降低了固溶强化的效果,但是起到了沉淀强化的作用。WC与Zr的反应减少了Zr的固溶量,使得CuCrZr-WC复合材料的导电率在固溶时效后仍维持在较高水平。

高速火焰喷涂FeCoCrNiAlTi高熵合金涂层的耐高温氯腐蚀性能

目的提高垃圾焚烧发电锅炉的水冷壁和过热器管等部件的使用寿命,确定具有最佳耐高温氯腐蚀性能的高熵合金FeCoCrNiAlTix的成分。方法采用高速火焰喷涂在Q235基体上制备FeCoCrNiAlTi_(x)(x=0、0.4、0.8、1.2、1.6)高熵合金涂层,运用扫描电子显微镜、X射线衍射仪研究Ti含量对涂层形貌和组织结构的影响,并测试涂层的抗热震性能和耐高温氯腐蚀性能。结果高速火焰喷涂熵合金涂层呈典型的层状结构,随着Ti含量的增加,涂层的孔隙率降低,x=1.2时涂层的致密度最高,其孔隙率仅为0.46%。添加Ti后的高熵合金涂层由FCC相和BCC相组成,随着Ti含量的增加,FCC相逐渐减少,涂层主要为BCC相。在800℃到常温的循环热震试验中,高熵合金涂层具有良好的抗热震性能。在60 h的高温熔盐腐蚀后,所有高熵合金涂层相较Q235具有显著的耐高温氯腐蚀性能,对高温腐蚀质量变化进行拟合,发现其满足幂函数模型。结论添加适量的Ti能够改善FeCoCrNiAlTi_(x)高熵合金涂层的成形质量,降低涂层的孔隙率,其中高速火焰喷涂FeCoCrNiAlTi_(1.2)涂层的孔隙率最低,抗热震性能和耐高温氯腐蚀性能最好。

固-液掺杂WC-Co-Y_(2)(Zr)O_(3)硬质合金的制备与组织性能

本文采用固-液掺杂和SPS工艺在1250℃和50 MPa下获得高致密的WC-Co-Y_(2)(Zr)O_(3)硬质合金,并研究了Y_(2)(Zr)O_(3)对WC-Co硬质合金的显微组织和力学性能的影响。利用XRD、SEM、TEM及维氏硬度计对硬质合金的组成、显微组织、硬度和断裂韧性进行了测量分析。结果表明:含有0.15%ZrO_(2)和1.30%Y_(2)O_(3)的WC-Co-Y_(2)(Zr)O_(3)合金样品的维氏硬度和断裂韧性分别为1428.6 HV和12.8 MPa·m^(1/2),与WC-Co样品相比,在保持高硬度的基础上,断裂韧性提升了17.4%;Y、Zr和O元素以Y_(2)(Zr)O_(3)化合物的形式存在于WC-Co-Y_(2)(Zr)O_(3)硬质合金,提高了合金的断裂韧性。

放电等离子体烧结Cu/Invar双金属基复合材料的工艺优化、显微结构与力学/热性能

采用放电等离子体烧结(SPS)工艺制备(30~50)%Cu/Invar(质量分数)双金属基复合材料。通过设计正交实验方案,系统研究Cu含量、压制压力及烧结温度对复合材料显微结构、力学性能和热性能的影响。结果表明,随着Cu含量由30%增加至50%(质量分数),Cu基体逐渐转变为连续网络分布,复合材料致密度、热导率及热膨胀系数增大,但抗拉强度降低。提高烧结温度,Cu/Invar界面扩散加剧,导致复合材料的热导率降低,抗拉强度增大。压力对复合材料热性能的影响较为复杂。在700℃,60 MPa下制备的50%Cu/Invar(质量分数)复合材料具有最高的热导率,为90.7 W/(m·K),优于以往报道的大多数Cu/Invar复合材料。

高分数GNFs/6061Al基复合材料的放电等离子体烧结制备及其显微组织与性能

采用放电等离子体烧结(SPS)工艺在610℃制备30%~50%(质量分数)纳米石墨片(GNF)/6061Al基复合材料,研究烧结压力及GNF含量对复合材料显微组织和力学、热学性能的影响。结果表明,SPS有效抑制GNFs/6061Al基复合材料中Al4C3等界面反应产物的生成。随着GNF含量的增加,GNFs团聚程度增加,取向分布程度降低,复合材料致密度、抗弯强度及热膨胀系数(CTE)下降,X−Y方向热导率(TC)增大。提高烧结压力,有助于降低GNFs团聚程度,GNFs沿X−Y方向择优分布越明显,复合材料致密度、抗弯强度及TC增大,CTE下降。在610℃、55 MPa下烧结的50%GNFs/6061Al基复合材料的性能最佳,抗弯强度为72 MPa,TC及CTE分别为254 W/(m·K)和8.5×10^(−6) K^(−1)(室温~100℃,X−Y方向),以及55 W/(m·K)和9.7×10^(−6) K^(−1)(Z方向)。

稀土Er改性Al-Si-Mg-Cu合金的组织性能

采用显微硬度计、光学显微镜、扫描电镜、透射电镜和万能试验机等研究了具有不同Er元素含量的Al-3Si-0.45Mg-0.45Cu合金经不同时效处理后的组织与性能。结果表明,添加Er元素后,铸态合金的晶粒细化、α-Al树枝晶向等轴晶转变和共晶硅形态优化。时效处理后,基体α-Al中析出了强化相Al3Er,阻碍位错的运动,铸态下细长的棒状共晶硅发生球化,合金性能得到提升。当Er元素添加量达到0.6 mass%时,时效8 h后的合金硬度与拉伸强度达到峰值,较不含Er元素的铸态合金分别提高了57 HV0.2和138 MPa。

电解渗氢与低周疲劳对6061-T6Al合金力学性能的影响

采用电解渗氢与低周疲劳结合的方法,模拟研究Ⅲ型储氢瓶内胆用6061-T6Al合金在高压氢气环境与快速充放氢气过程中力学性能的变化规律,为储氢气瓶长期服役安全可靠性评价提供数据支持。结果表明:在电解渗氢过程中,部分H原子吸附在Al合金表面及表面氧化层中,部分H原子溶入Al合金晶格或晶界处,导致6061Al合金强度及塑性降低,且对合金塑性的影响更加明显。低周疲劳导致6061Al合金屈服强度、拉伸强度与屈强比上升,塑性下降,且随着σ_(max)的增大,拉伸断面上呈现更多的脆性断裂特征。在低周疲劳与电解渗氢共同作用下,6061Al合金强度小幅增大,塑性持续降低,且随着σ_(max)的增加,塑性下降幅度增加,拉伸断面准解理断裂特征愈加显著,服役可靠性明显降低。

铸造工艺对Mg-12Zn-1Y合金组织与力学性能的影响

特定Zn、Y含量的Mg-Zn-Y合金能原位形成二十面体准晶增强I相(I-Mg_(3)Zn_(6)Y),但常规铸造凝固条件下形成的准晶组织粗大,难以发挥其性能优势。研究了重力铸造、挤压铸造及流变挤压铸造工艺制备的Mg-12Zn-1Y合金的组织和力学性能。结果表明,在重力铸造的合金组织中,大量粗大的I相和Mg_(7)Zn_(3)相聚集在一起。挤压铸造使I相转变为细小的层片状,且Mg_(7)Zn_(3)含量降低。对于流变挤压铸造的合金,随着制浆过程中超声功率增大,α-Mg晶粒得到较大程度的细化和球化,共晶组织间距明显减小,而随着超声功率持续增加到2400 W时,共晶组织出现一定程度富集。当超声功率为1600 W时,合金的力学性能最优,屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为185 MPa、276 MPa和6.8%,相较于挤压铸造分别提高了35.0%、24.9%和142.9%。

石墨含量对铜基石墨自润滑复合材料摩擦过程中石墨润滑膜的影响

为研究石墨含量对铜基石墨自润滑复合材料摩擦过程中形成石墨润滑膜的影响,采用粉末冶金法制备了不同石墨含量的铜基石墨自润滑复合材料,测试了复合材料的力学性能,用自制环-块摩擦试验机测试评估了材料的耐磨性能,用光学显微镜实时原位观察了摩擦表面组织形貌的变化,用扫描电镜对磨痕进行观察和分析,通过能谱仪成分扫描分析接触面石墨润滑膜的覆盖率。结果表明:随着复合材料中石墨含量的增加,材料的力学性能逐渐降低,石墨润滑膜的覆盖率先升高后降低,磨损量先减小后增大;当石墨体积分数为14%时,石墨润滑膜的覆盖率最高,磨损量最小,耐磨性能最好。