原位反应法TiB_2/ZA27复合材料的组织及性能研究

采用原位反应法制备出不同颗粒含量的TiB_2/ZA27复合材料,研究了TiB_2颗粒含量对TiB_2/ZA27复合材料组织及性能的影响。结果表明,TiB_2/ZA27复合材料主要由α-Al相、η-Zn相、ε-CuZn_4相和TiB_2粒子组成,不存在明显的Al_3Ti和AlB_2相;原位生成的TiB_2颗粒对α-Al相产生明显的细化效果,为η-Zn相提供了更多的形核基底,使其晶粒细化、数量增加,在基体中的分布形态改变。随TiB_2颗粒含量的增加,α-Al相和η-Zn相的尺寸减小,α+η共析组织数量增加,材料的强度和硬度得到显著提高。     

3103铝基PS版析出相的第一性原理研究

采用基于密度函数理论(DFT)的全势线性缀加平面波(FPLAPW)的方法,结合JMat Pro软件,研究了3103铝合金PS版凝固过程中的析出相与基体间费米能级差异及其弹性性质等。结果表明:在3103铝基PS版中除α-Al之外,存在的析出相主要有α-Al(Fe,Si)、Al_6Mn、Al_(18)Cr_2Mg_3、Mg_2Si、Al_3Ti,Al_3Zr、Al_2Cu以及Mg Zn_2相;其中Mg_2Si电极电位与Al基体相差最大,最易与基体形成微腐蚀电池,使PS版的耐腐蚀性下降。通过计算各个相的形成热及结合能,表明除α-Al(Fe,Si)相之外,各个相的形成均为放热过程且Al_3Ti、Al_3Zr相结合能最大,结构最稳定。     

Al-Ti-B-Cu-P中间合金的制备及其变质效果研究

采用氟盐法和对掺法相结合的工艺成功制备了Al-Ti-B-Cu-P中间合金,并通过XRD、金相显微镜和扫描电镜等分析测试手段对其进行表征。结果表明,Al-Ti-B-Cu-P中间合金中含有Al_3Ti、Al_2Cu、TiB_2和AlP相,Al_3Ti相为长针状,Al P为点块状。对Al-20Si变质效果表明,Al-Ti-B-Cu-P中间合金对过共晶铝硅合金具有良好的变质效果。     

Mg_(17)Al_(12)、Al_2Ca、Al_2Nd、Al_2Er金属间化合物稳定性与电子结构关系的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的Castep程序软件包,优化了Mg_(17)Al_(12)、Al_2Nd、Al_2Er及Al_2Ca等相的晶胞结构,计算了化合物的形成热、结合能和态密度等,分析了化合物结构稳定性与其电子结构的内在联系。结果表明:4种化合物的形成热和结合能均为负值,且化合物的合金化能力和结构稳定性强弱顺序依次为Al_2Er、Al_2Nd、Al_2Ca、Mg_(17)Al_(12)。态密度结果表明,Al_2Er和Al_2Nd具有较强结构稳定性的主要原因是:(1)在费米面低能级区,Al 3p轨道分别与Nd 4f、5d和Er 4f、5d轨道价电子发生强烈杂化作用;(2)Al_2Nd和Al_2Er成键电子数较多;(3)这_2种化合物的电子参与成键能力较大。电荷密度结果表明:Mg_(17)Al_(12)、Al_2Ca、Al_2Nd和Al_2Er中均存在金属键、离子键、共价键,4种化合物中Al_2Er、Al_2Nd共价键较强,Al_2Ca离子键最强,Mg_(17)Al_(12)中以较强的金属键为主。     

溶质Ti对Al-Ti-B中间合金细化Al影响的新认识:TiB_2粒子的动力学行为及溶质Ti的影响

实验研究了Ti添加量对Al-Ti-B中间合金细化工业纯Al晶粒效果的影响,建立了Al熔体中TiB_2粒子动力学行为模型,模拟分析了Al-Ti-B中间合金细化工业纯Al过程中TiB_2粒子的溶解、粗化和快速长大行为及溶质Ti的影响。实验和模拟结果表明,Al-Ti-B中间合金细化工业纯Al过程中,TiB_2粒子的动力学行为对中间合金细化能力的影响不可忽视,溶质Ti能有效抑制Al熔体中TiB_2粒子的溶解、粗化和快速长大行为,影响Al-TiB中间合金的细化能力。     

激光熔覆Ti-Al金属间化合物复合涂层的显微组织和性能

以Ti和Al在高温下的化学反应热力学条件为依据,利用激光熔覆技术在ZL117铝活塞零件表面制备金属间化合物TiAl_3增强的Al基复合涂层。借助XRD、EDS和XPS分析涂层的物相组成和结构特征,通过OM和SEM观察涂层的表面宏观形貌及其内部显微组织,运用马弗炉测试了熔覆涂层在静态空气中的高温抗氧化性能。结果表明,复合涂层主要由浅灰色网状组织TiAl_3、暗灰色网状间隙相α(Al)和少量晶须状Si组成。复合涂层中Ti以TiAl_3形式存在,在TiAl_3中结合能分别为460.53 eV(Ti2p1峰)和454.96 eV(Ti2p3峰);Al则以TiAl_3、Al_2O_3和Al的形式存在,3种物相中Al的结合能分别为73.60、75.82和72.90 eV。600℃恒温80 h下的氧化动力学曲线显示,相同氧化条件下,涂层氧化增质较为平缓,氧化速率小,具有较好的相对高温抗氧化性能,相对高温抗氧化值最大为2.64。熔覆涂层表面氧化产物为Al_2O_3和TiO_2,铝合金基体表面氧化产物为Al_2O_3和少量SiO_2。     

Ti-B_4C体系反应熔铸合成TiB_2基复相陶瓷刀具材料

以Ti和B4C粉末为原料,采用超重力场反应熔铸技术制备TiB_2基复相陶瓷,研究了陶瓷物相组成、组织结构和形成机理。结果表明:反应产物组织致密,主要由TiB_2和Ti C两相构成,TiB_2晶粒呈柱状,Ti C晶粒不规则地分布于TiB_2晶粒间,且TiB_2与Ti C晶粒结合紧密,呈现出典型的凝固组织特征。超重力场和机械球磨共同作用加速Ti-B4C反应进程,生成大量的Ti-B-C熔液和少量未溶解的TiB_2、Ti C1-x晶核。在Ti-B-C熔液凝固过程中,Ti C1-x的生长速率高于TiB_2,抑制TiB_2柱状晶发育,使其特征尺寸仅约为2μm,陶瓷组织细密。     

Al-Ti-B细化含Zr铝合金中毒现象的研究进展

Zr是高强铝合金中普遍添加的合金元素,当用Al-Ti-B细化含Zr铝合金时,却会产生细化剂的中毒现象。Zr中毒随着时间的延长而加重,并且该过程是不可逆的。深入研究Zr中毒机制有重要应用价值。目前提出的Zr中毒机制有以下四种:一是Zr与TiB_2反应生成ZrB_2或(Ti_(1-x)Zr_x)B_2;二是Zr替换了TiB_2表面TiAl_3层中的Ti;三是Zr与Ti反应生成(Ti_(1-x)Zr_x)Al_3;四是Zr与杂质元素Fe反应生成Al_8Fe_4Zr。对Zr中毒机制的研究进展作了详细介绍。     

混杂增强相(Al3Ti-TiB2-SiC)的形成热力学分析

对利用原位反应与高剪切液态搅拌复合专利技术制备的Al3Ti-TiB2-SiC/Al-13%Si复合材料的增强相的形成热力学进行了理论计算和分析,并采用差热分析法(DTA)进行了试验验证.研究表明:(1)Al-Ti-B体系加入到Al-13%Si熔体中可发生原位反应,形成增强相,原位反应的开始温度为905.3℃,结束温度为1 061.23℃;(2)Al-Ti-B体系加入到Al-13%Si熔体中,制备颗粒增强Al-13%Si复合材料的增强相为TiB2和Al3Ti,但TiB2形成能力最强.     

Mg-Al-Ca-Sn合金中二元相金属间化合物结构稳定性、电子结构、弹性性质和热力学性质的第一性原理计算（英文）

通过第一性原理计算方法研究Mg-Al-Ca-Sn合金中主要强化相Mg_(17)Al_(12)、Al_2Ca、Mg_2Sn和Mg_2Ca的结构稳定性、电子结构、弹性常数和热力学性质。计算所得晶格常数与实验值及文献值吻合。合金形成热和结合能计算结果表明,Al_2Ca具有最强的合金形成能力和结构稳定性。通过对这些化合物的态密度、Mulliken电子占据数、金属性和差分电荷密度计算分析其结构稳定性机制。通过计算Mg_(17)Al_(12)、Al_2Ca、Mg_2Sn和Mg_2Ca的弹性常数,推导出各相的体模量、剪切模量、弹性模量和泊松比。热力学性质计算结果表明,Al_2Ca和Mg_2Sn的Gibbs自由能低于Mg_(17)Al_(12),即Al_2Ca和Mg_2Sn的晶体结构稳定性优于Mg_(17)Al_(12)相。因此,通过添加Ca和Sn元素可以提高Mg-Al系合金的热力学稳定性。     

Mg-Al-Y合金中Al-Y金属间化合物的相稳定性、弹性和热力学性质的第一原理计算

通过基于密度泛函理论的第一原理计算方法,对Mg-Al-Y合金中的主要强化相,即Al_2Y和Al_3Y的相稳定性、电子结构、弹性性质以及热力学性质进行计算。相生成热的计算结果表明:Al_2Y和Al_3Y均可稳定存在,Al_2Y的结构稳定性更强,因此,在合金的凝固过程中,Al_2Y优先析出。Al_2Y和Al_3Y的电子态密度(DOS)和差分电荷密度计算的结果表明:Al_2Y和Al_3Y两相可以稳定存在的内在本质在于Al原子与Y原子的价电子轨道发生强烈的相互作用,形成了spd杂化。两相内的原子成键均为共价键、离子键和金属键。体模量B、剪切模量G、弹性模量E、泊松比v和各向异性因子A等力学性质参数的计算结果表明:这两种相为强硬的脆性相并都为各向同性,因此,具有相似的强化效果。两相熔点较高表明其具有很好的热稳定性,能够提高合金的高温性能。声子谱和声子态密度计算以及德拜温度的计算结果进一步验证了两相具有结构稳定性较高。两相的热力学性质符合一般热力学规律,其中自由能的计算结果表明:两相的稳定性顺序没有发生变化。随着温度的升高,Al_2Y的结构稳定性仍强于Al_3Y的。     

原位增强相(TiB2+Al3Ti)形成的热力学分析

采用混合盐法制备了(TiB2 Al3Ti)/Al-4.5Cu原位复合材料,对增强相的形成热力学进行了分析,并采用差热分析法(DTA)对混合盐反应体系的热量变化进行分析.结果表明,Al-Ti-B三元体系中,TiB2的形成能力最强.但因[Ti]实际相对过剩,与Al结合形成Al3Ti,最终制得的复合材料中增强相为TiB2和Al3Ti;差热分析表明了混合盐体系加入到Al-4.5Cu熔体中,可以发生原位反应,形成增强相.原位反应的开始温度为900 ℃,结束温度为1 032 ℃.     

氩弧熔覆原位自生TiN-TiB_2/Ni涂层组织表征及反应机制（英文）

采用氩弧熔覆技术,选择不同的BN/Ti摩尔比,在35CrMnSi钢表面原位合成了TiN-TiB_2增强Ni基涂层;利用XRD、SEM和TEM等方法分析了涂层的显微组织和结构特征。结果表明,在BN/Ti摩尔比大于0.33时,熔覆组织主要由TiN,TiB_2,TiB,Cr_(23)C_6和γ-Ni组成;随着BN/Ti摩尔比的增加,针状TiB逐渐消失而棒状TiB_2颗粒增多,且颗粒均匀细小;通过计算表明在试验温度下熔覆层中增强相的形核驱动力由大到小依次顺序为TiN-TiB_2-TiB;探讨了Ti-BN-Ni体系中增强相的形成机制,当BN/Ti摩尔比为0.67时,熔覆层具有较高的平均硬度及优良的干滑动磨损性能。     

搅拌摩擦加工对Al-TiB_2复合材料在3.5 wt.%氯化钠溶液中腐蚀行为的影响（英文）

研究铸态和搅拌摩擦加工后的Al-TiB_2基复合材料在3.5wt.%氯化钠溶液中的显微组织和腐蚀行为。采用X射线衍射、扫描电镜和电子背散射衍射技术对材料的显微组织进行表征,并采用线性/循环动电位极化、电化学阻抗谱和ASTM-G67测试评估材料的腐蚀行为。结果显示,复合材料铝基体中含有亚微米级的TiB_2颗粒,其周围围绕着块状和细小的Al_3Ti团簇,材料表现出较低且均匀的腐蚀速率。在动电位循环测验中,没有出现正循环曲线,证明其具有抵抗点蚀的能力,这归因于TiB_2粒子的非导电性本质和块状Al_3Ti相的含量可控。然而,无论是搅拌摩擦加工态还是铸态复合材料都容易发生晶间腐蚀,晶界处的Al_3Ti和TiB_2是腐蚀的起始位点;电化学阻抗研究表明,这是由于Al_3Ti和TiB_2对保护氧化膜具有不利影响,且随着浸泡时间的增加,其不利影响增加。     

自蔓延高温合成(TiB_2+Al_2O_3)/NiAl复合材料的显微组织及演化机制（英文）

采用自蔓延高温合成技术制备(TiB_2+Al_2O_3)增强NiAl基复合材料,并研究其相组成、显微组织和演化机制。结果表明:复合材料的组织及陶瓷相的形貌随添加(TiB_2+Al_2O_3)含量的不同而变化,TiB_2在短时间内以自组装的模式形成长条状、片状、鱼骨状以及规则的四方体和六棱柱等不同形态。TiB_2的尺寸在2~5μm之间,与不规则的Al_2O_3伴生存在,少量TiB_2分布于NiAl基体中。随着陶瓷相含量的增多,TiB_2的形状趋于规则,且在NiAl基体中的分布更加均匀。     

原料添加顺序对氟盐法制备Al-Ti-B中间合金的影响

分别从理论计算和实验研究两个方面对氟盐法制备Al-Ti-B中间合金过程中K2Ti F6和KBF4的添加顺序对合金组织的影响进行讨论。结果表明:不同的加料顺序对Al-Ti-B中间合金的物相组成、Ti Al3颗粒尺寸、洁净度等影响很大;在保证高细化效果和洁净度的情况下,使用混合添加K2Ti F6和KBF4制备Al-Ti-B中间合金的工艺最佳。该研究结果为工业上选取合适的原料添加顺序制备Al-Ti-B中间合金提供了参考。     

Al_2O_3/TiB_2/Al复合材料的微观结构和高温力学性能（英文）

以细雾化铝粉和TiB_2颗粒为原料,通过粉末冶金和热轧制制备微米TiB_2和纳米Al_2O_3颗粒增强铝基复合材料。室温时,由于TiB_2和Al_2O_3的综合强化作用,Al_2O_3/TiB_2/Al复合材料的屈服强度和抗拉强度分别为258.7 MPa和279.3 MPa,测试温度升至350℃时,TiB_2颗粒的增强效果显著减弱,原位纳米Al_2O_3颗粒与位错的交互作用使得复合材料的屈服强度和抗拉强度达到98.2MPa和122.5 MPa。经350℃退火1000 h后,由于纳米Al_2O_3对晶界的钉扎作用抑制晶粒长大,强度和硬度未发生显著的降低。     

Al-Si合金中α-Al依附于AlB_2异质形核的原子机制（英文）

利用固体与分子经验电子理论分别计算了α-Al,AlB_2与(Al-Si)B2的价电子结构与结合能。结果表明,AlB_2最外层的Al-Al原子层相对不稳定,随着Al-Si熔体中Si含量的增加,α-Al和AlB_2的结合能均降低。根据计算结果,提出了Al-Si合金中α-Al在AlB_2上异质形核的一种全新原子机制。加入Si后,一定量的Si原子进入AlB_2,在AlB_2表面形成稳定的Al-Si二元原子结构层,提高了AlB_2表面的稳定性。这种稳定的二维Al-Si原子层在随后的异质形核过程中起着重要的过渡作用,是AlB_2成为α-Al有效异质核心的原子机制。     

TiO_2/Al_2O_3微弧氧化复合涂层的制备及耐磨性研究（英文）

主要利用微弧氧化方法在Ti-6Al-4V合金表面制备Ti O_2/Al_2O_3复合涂层,并揭示了O~(2-)、Al O_2~-,和Ti~(4+)在涂层生长过程中的作用机制。在高温高电压条件下,Ti-6Al-4V合金表面首先生成Ti O_2、Al_2O_3和Al_2Ti O_5,不断放电引起的高热能导致Al_2Ti O_5进一步分解成Ti O_2和Al_2O_3,且XRD分析表明涂层的物相组成主要是A-Ti O_2、R-Ti O_2和α-Al_2O_3。耐磨性测试结果表明,与基体相比Ti O_2/Al_2O_3复合涂层的显微硬度HV提高到11000 MPa,且耐磨性显著提高,磨损量降低了9.5倍。     

Al_2O_3/TiO_2复相陶瓷结构直接激光近净成形研究

利用激光近净成形系统进行了Al_2O_3/Ti O_2(13%,质量分数)陶瓷结构的直接制备,对Al_2O_3/Ti O_2陶瓷结构的成形工艺进行了研究。利用XRD、SEM等手段对所制备样件的物相、微观组织及性能进行了分析。结果表明,直接激光近净成形的Al_2O_3/Ti O_2陶瓷的物相主要为Al_2Ti O_5及Al_2O_3,沿沉积高度方向定向生长的Al_2O_3柱状晶粒分布于连续的Al_2Ti O_5基体中。所制备的Al_2O_3/Ti O_2陶瓷由于其沉积过程中化学反应的存在而具有一定量的宏观气孔,但仍然具有21GPa以上的显微硬度,抗弯强度达到170 MPa。该研究表明激光近净成形技术可以实现陶瓷材料的完全熔化-凝固成形,为直接快速制备高性能陶瓷结构提供了一种全新的选择。