陶瓷颗粒增强扩散合金化钢复合材料的微观结构和力学性能

采用传统粉末冶金工艺制备了陶瓷颗粒增强Fe?0.5Mo?1.75Ni?1.5Cu?0.7C扩散合金化钢复合材料,选用的陶瓷颗粒为SiC、TiC和TiB₂。采用光学显微镜和扫描电子显微镜观察了烧结材料微观结构,并对烧结材料的硬度、强度和摩擦磨损性能进行了测试。结果表明,由于SiC和TiB₂与基体的化学相容性好,陶瓷颗粒与基体界面结合良好;由于TiC颗粒具有极高的化学稳定性,TiC颗粒与基体界面结合情况不理想。随着陶瓷相含量（质量分数）的增加,添加SiC和TiC的烧结试样相对密度降低;添加TiB₂的烧结试样相对密度先增加后降低,当添加TiB₂质量分数为0.9%时达到最大值。随着陶瓷含量增加,添加SiC和TiB₂烧结试样的硬度增大,当陶瓷相质量分数超过1.2%时,硬度增加缓慢;添加TiC烧结试样的硬度先增加后降低,当添加TiC质量分数为0.9%时达到最大值。随着陶瓷相含量增加,添加SiC和TiC烧结试样的强度降低,少量添加SiC对强度没有明显损害;添加TiB₂烧结试样的强度先增加后降低,当添加TiB₂质量分数为0.6%时达到最大值（971.7MPa）,比基体提高了14.1%以上。添加陶瓷相对烧结钢性能的积极影响依次是TiB₂、SiC和TiC。     

Cr含量对TiB2/FeCr基复合材料显微组织和高温氧化行为的影响

采用原位合成法制备了TiB₂/FexCr基(x=0、4、10、16、22、28,质量分数/%)复合材料,并结合X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)等方法,对TiB₂/FeCr基复合材料的显微组织和高温氧化行为进行表征分析。当Cr含量为22%时,复合材料呈现出优异的抗高温氧化性能,其富Cr细密片层状TiB₂在900℃氧化过程中促进了连续Cr₂O₃/TiO₂混合层的形成,获得了金红石型TiO₂表层、致密Cr₂O₃中间层和Cr₂O₃/TiO₂混合层的三层阻隔结构,有效地抑制了钛离子和氧离子的扩散。     

Ni-Ti-Cr固溶体对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

以机械合金化的Ni-Ti-Cr固溶体作为粘结剂制备了Ti(C,N)基金属陶瓷，研究了不同Cr含量的固溶体对金属陶瓷微观组织、力学性能和氧化行为的影响。结果表明，随着Cr含量的增加，金属陶瓷颗粒尺寸先减小后增大，抗弯强度、断裂韧性和硬度先增大后减小。当Ni、Ti、Cr的质量比为91∶3∶6时，金属陶瓷的综合性能最好，抗弯强度、断裂韧性和硬度分别达到2 120.3 MPa、15.41 MPa·m^1/2和88.9 HRA,且氧化膜致密，氧化增重和氧化膜剥落较少。金属陶瓷经过60 h氧化后，外层氧化膜以NiO为主，TiO₂主要嵌在NiO晶界处，往内为疏松的TiO₂层，再往内Cr元素富集，形成致密的NiO和NiCr₂O₄层，可有效吸收氧原子，阻碍进一步氧化，并起到层与层之间连接和过渡的作用。在循环氧化时，金属陶瓷氧化膜经历了从NiO层到TiO₂层循环剥落的过程。     

铝合金夹杂物基本性质的第一性原理研究

采用第一性原理计算的方法研究了铝合金基体及常见夹杂物Al₂O₃、MgO、AlN、TiB₂、AlB₂、Al₄C₃的基本性质.形成热的计算结果表明Al₂O₃最容易形成,其次是MgO,AlB₂相对最难形成;Al₂O₃、AlN、TiB₂结合能的绝对值稍微大于其他物相,且TiB₂最稳定,AlB₂相对最不稳定;TiB₂粒子的切变模量、体模量、杨氏模量和硬度均最高,Al₄C₃与基体硬度最接近,表明TiB₂粒子对铝合金强度、刚度、加工性能的影响最大;AlN粒子的各向异性因子最大,其对铝合金各向异性的影响最大,AlB₂次之,Al₂O₃和TiB₂粒子对铝合金各向异性程度影响较小;TiB₂对铝合金韧性的影响最大,AlN次之,Al₄C₃对铝合金韧性的影响最小;Al₂O₃与铝基体之间的相对费米能级差较大,为1.4 eV,而AlB₂粒子最小,各夹杂物对材料腐蚀性能的影响大小顺序为:Al₂O₃>MgO>TiB₂>Al₄C₃>AlN>AlB₂.      

氧化时间对FeSiAl合金粉末组织与电磁性能的影响

以FeSiA合金粉末为原料，研究空气中500℃下不同氧化时间对FeSiAl合金粉末微观组织和电磁性能的影响。结果表明：随着氧化时间的延长，FeSiAl合金粉末颜色由深灰色向土黄色转变，表面微观形貌无明显改变。氧化5 h后，粉末表面出现Fe₃O₄，随着氧化时间进一步增加至10 h,Fe₃O₄逐渐转变为Fe₂O₃。FeSiAl合金粉末表面氧化层主要包含Fe₂O₃、SiO₂和Al₂O₃。粉末介电常数和磁导率的实部随着氧化时间的增加呈上升趋势，介电常数的虚部和磁导率虚部无明显变化。     

B4C含量对ZrB2陶瓷微观结构及力学性能的影响

针对ZrB₂陶瓷粉末在球磨时易掺入ZrO2,影响ZrB₂陶瓷烧结致密化的问题,添加B₄C作为烧结助剂,采用无压烧结法制备ZrB₂陶瓷材料,研究B₄C含量(w(B₄C),下同)对材料微观形貌、硬度与抗弯强度的影响。结果表明,B₄C通过与晶粒表面的ZrO2发生反应,抑制ZrB₂晶粒粗化,减小晶粒尺寸,从而提高烧结致密度。随B₄C含量增加,ZrB₂陶瓷的晶粒尺寸和相对密度逐渐增大,抗弯强度和硬度先升高后降低。当w(B₄C)为7%时,ZrB₂晶粒细小,材料的抗弯强度和硬度(HV)达到最大,分别为242 MPa和12.65 GPa。w(B₄C)增加至9%时,出现晶粒异常长大,材料力学性能下降。     

镍基高温合金U720Li在750℃不同氧化阶段的恒温氧化行为

航空发动机涡轮盘服役温度的不断升高,对材料的抗氧化性能提出了更严苛的要求。U720Li合金是一种具有较高承温能力的涡轮盘用镍基高温合金,其长期服役温度高达750℃。阐明该合金在服役温度下的氧化行为,对延长涡轮盘的服役寿命具有重要意义。本文采用静态增重法测定了锻态U720Li合金在750℃的氧化动力学曲线,用XRD、SEM-EDS等手段分析了不同氧化阶段的氧化膜形貌、结构及元素分布。结果表明,U720Li合金在其服役温度下具有优异的抗氧化性能,在750℃的恒温氧化动力学曲线大致遵循立方规律,达到了完全抗氧化级别。分析认为,U720Li合金在氧化初期生成了疏松的γ-Cr₂O₃,随着氧化的进行,γ-Cr₂O₃层不断剥落,氧化膜变得更加连续致密并形成复杂多层结构,且在氧化膜附近基体内形成γ’贫化层。在稳定氧化阶段,氧化膜更加连续致密并形成规整的双层结构,包括致密的α-Cr₂O₃外氧化层和α-Al₂O₃内氧化层。连续致密的...     

不同粘结剂与烧结温度对Al2O3陶瓷力学性能和显微结构的影响

以超细Al₂O₃粉末为主要原料，添加一定量的氧化钇、氧化镧、氧化镁等烧结助剂，分别加入1号(5%聚乙烯醇A)、2号(5%阿拉伯树胶)和3号(2%聚乙二醇+6%聚乙烯醇B)粘结剂，在1 500～1 600℃下常压烧结制备氧化铝陶瓷。通过对Al₂O₃陶瓷样品的体积收缩率、体积密度、抗弯强度、维氏硬度、物相组成和显微结构等方面进行测试分析，对比研究了不同种类粘结剂和烧结温度对Al₂O₃陶瓷相关性能和显微结构的影响。结果表明：使用1号和3号粘结剂的陶瓷样品的硬度和强度随着烧结温度的增加而逐渐增大，均在1 600℃达到最大值；使用2号粘结剂的陶瓷样品的硬度随着烧结温度的增加出现先增大再减小的变化趋势，在1 550℃下达到最大值(892.5HV)。与2号和3号粘结剂相比，添加1号粘结剂在1 600℃下所制备的Al₂O₃陶瓷样品的综合性能最佳，其抗弯强度和维氏硬度分别达到238.49 MPa和991.7HV。在该条件下所制备的...     

气体雾化法制备TiB2/Al复合材料粉末及其组织演变

采用氟盐反应法制备TiB₂/Al复合材料铸锭,并以此为原料利用高压气体雾化制粉技术制备TiB₂/Al复合材料粉末。利用金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、粒度分布仪等手段对所制备铸锭和粉末的组织及性能进行了表征。结果表明:Al熔体中TiB₂的溶度积远小于TiAl₃和AlB₂的溶度积,TiB₂自Al熔体中沉淀析出导致的体系Gibbs自由能变化量比TiAl₃或AlB₂自Al熔体中沉淀析出导致的体系Gibbs自由能变化量的值更小。TiB₂/Al复合材料铸锭及粉末均主要由α-Al相和TiB₂相组成。气体雾化制备TiB₂/Al复合材料粉末中TiB₂颗粒具有纳米尺度,且均匀弥散地分布于Al基体之中,不存在明显的偏聚现象。TiB₂/Al复合材料粉末的粒度主要分布在10～100 μm之间,呈正态分布,粒径介于10～70 μm粉末占比（质量分数）约为81.1%,粒径大于70 μm粉末收得率为12.6%,粒径小于10 μm粉末收得率为6.3%。     

原位合成SiC颗粒增强MoSi2基复合材料的900℃长期氧化行为

研究了不同体积分数原位合成SiC颗粒增强MoSi₂基复合材料在900℃空气中1000 h的长期氧化行为.复合材料氧化1000 h后,均未发生pest现象.6种材料都表现出优异的氧化抗力,原位合成的复合材料的氧化抗力好于传统的通过热压商用MoSi₂粉末和SiC粉末混合物制备的复合材料（外加复合材料）.复合材料氧化膜表层为连续致密的α-SiO₂（α-石英）,下层为Mo₅Si₃,复合材料的氧化过程不仅是O₂与MoSi₂的作用,SiC也同时发生了氧化.材料900℃下发生硅的选择性氧化,正是这种硅的选择性氧化在MoSi₂的表面自发形成一层致密的SiO₂保护膜,使材料表现出优异的长期氧化抗力.      

低铬钢水蒸气气氛下的氧化行为

 为探究低铬元素钢材在水蒸气条件下的氧化行为,针对5Cr和10Cr钢在水蒸气氛围下的氧化过程,采用热重分析仪(TGA)进行高温氧化试验。利用金相显微镜和XRD对试样氧化后的断面形貌和物相进行检验分析,研究了低铬含量钢在水蒸气氛围下表层氧化的机理。研究结果表明,由于基体表面氧化铁皮会因为水蒸气存在而产生孔洞和裂纹,成为了水蒸气向内扩散的有利通道。随着铬含量提高,其氧化规律由线性规律向抛物线规律转化的所需温度变得越高。试样氧化铁皮层由外氧化层和内氧化层组成,外氧化层主要为Fe₂O₃和Fe₃O₄,内氧化层含有大量铬氧化物。氧化温度在1 000 ℃以上时,两个试样增重接近,主要是钢中铬元素被氧化形成Cr₂(OH)₂和Cr(OH)₃,致使内层抗氧化性失效。     

铜含量对改良型T91钢高温氧化行为的影响

 为了研究铜元素对改良型T91钢抗高温氧化性能的影响,在650 ℃空气环境下,采用了高温氧化试验法和不连续称重法,获得了3种不同铜含量的高温氧化动力学曲线,并利用XRD、SEM、EDS对其高温氧化膜的物相、表面及截面形貌结构和特征进行了分析。结果表明,随着铜含量的增加,改良型T91耐热钢的抗高温氧化性能得到提高,表面氧化膜的晶粒增大,且更为均匀、致密;氧化膜为双层结构,外层为疏松多孔的Fe₂O₃“非保护性”氧化膜,内层则拥有连续致密的“保护性”氧化膜;铜元素在高温氧化过程中对铝、硅元素的扩散有一定的促进作用,可生成Al₂O₃和SiO₂保护性氧化膜,在与Cr₂O₃保护性氧化膜的共同作用下提高了试验钢的抗高温氧化性能。     

HRB400螺纹钢的高温氧化行为及动力学

为了优化HRB400螺纹钢氧化皮结构,以提高耐蚀性能,采用热重法研究了试验钢空气条件下在800、850、900、950、1000和1050℃温度下的氧化行为,建立了氧化动力学模型,计算出试验钢的氧化激活能,借助扫描电镜(SEM)分析和确定氧化皮结构和组成.结合螺纹钢的实际生产情况讨论了螺纹钢氧化皮形成规律,建立了螺纹钢...     

铝对铁素体耐热不锈钢高温氧化行为的影响

 为了探究不同铝含量对X10CrAlSi18铁素体耐热不锈钢高温氧化行为的影响,采用恒温氧化方法对0.63%Al 和1.06%Al(质量分数)两组钢在700 ℃空气下进行高温氧化研究,测定和计算了氧化增重和平均氧化速率,观察分析了氧化形貌与氧化物相组成。结果表明,两组钢均达到了完全抗氧化级别,但1.06%Al钢的氧化增重和氧化速率均小于0.63%Al钢,表现出较好的抗高温氧化性;两组钢氧化膜均由3层组成,内层为Al₂O₃和SiO₂,中间层为Cr₂O₃和Fe₂O₃,外层则为MnCr₂O₄和FeMn₂O₄;随着铝含量的增加,氧化膜较为连续、致密,且与基体之间附着性较好,同时内氧化明显减少。     

富氧燃烧气氛中钢坯的氧化过程

为了研究在冶金轧钢加热炉富氧燃烧条件下炉内钢坯的氧化状况,自行设计搭建了可控气氛钢坯传热传质过程实验平台,研究富氧燃烧气氛对钢坯氧化传质的影响规律及不同温度下氧化层的形貌特征.结果表明:钢坯的氧化过程可以分为快速氧化阶段和慢速氧化阶段.在高温环境中,随着氧化温度的提高,CO₂和H₂O的浓度变化对钢坯氧化的影响逐渐加强,随着CO₂和H₂O浓度的提高,钢坯的氧化烧损程度也变得越来越严重.钢坯氧化层主要是由Fe₃O₄和FeO组成.      

超临界机组T91钢管蒸汽侧氧化膜特征和脱落机制的分析

通过光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪对超临界机组571.5℃蒸汽服役28 800 h的T91钢（/%:0.10C,0.35Si,0.43Mn,7.85Cr,0.81Mo,0.24V）Φ90 mm×10 mm管材氧化膜的成分、相组成、形貌和脱落机制进行了分析和研究。结果表明,T91钢氧化膜厚度约为307.3μm,呈现多层复杂结构,扩散层为Cr₂O₃和基体晶粒的混合物,内氧化层为FeCr₂O₄,中间氧化层为FeCr₂O₄和Fe₂O₄的混合物,外氧化层为Fe₃O₄和Fe₂O₃。FeCr₂O₄和Fe₃O₄的界面处存在大量孔洞,在热应力作用下,外氧化层极易开裂和脱落。     

ODS-310合金的高温氧化行为

采用静态氧化增重实验及扫描电镜、能谱分析和X射线衍射分析等手段,研究了ODS-310合金在高温环境下的氧化行为,分析了氧化层的形貌、成分和物相,并对其高温氧化动力学曲线进行拟合.实验发现各个温度下的氧化动力学曲线均基本符合抛物线规律.在700℃和900℃氧化100 h以后,ODS-310合金均表现出优异的抗氧化性能.但是,当氧化温度为1100℃时,氧化层厚度明显增厚,而且氧化层有疏松和不连续的现象,不利于氧化层对基体的保护.氧化程度随着氧化温度的提高和氧化时间的延长而加剧.通过能谱和X射线衍射综合分析可知氧化层的物相为Cr₂O₃.      

S32101双相不锈钢热轧中厚板氧化铁皮显微分析

摘要：采用EPMA、WDS和XRD对S32101双相不锈钢中厚板表面氧化铁皮显微结构进行研究，同时采用称重法测定出氧化增重曲线。结果表明：S32101双相不锈钢氧化铁皮厚度分布不均匀，氧化增重的平方值与氧化时间基本成直线关系。氧化铁皮外层物相为Fe2O3和Fe3O4，内层物相主要为FeCr2O4，局部区域存在MnCr2O4和NiCr2O4。结合热力学计算，得出了S32101双相不锈钢氧化铁皮形成的过程。     

铬元素添加对热轧低碳钢高温氧化行为的影响

 为了研究铬元素和加热工艺参数(加热温度、保温时间)对热轧低碳钢表面氧化铁皮形成过程的复合作用,采用热重分析法研究了铬含量对低碳钢在1 100~1 250 ℃空气中氧化行为的影响规律,计算了氧化速率常数,并对比了不同试验条件下氧化铁皮的物相组成、显微结构以及微区元素占比。结果表明,所有氧化过程均呈现两阶段特征,即初期氧化动力学曲线呈线性规律,中后期逐渐转变成抛物线规律,而从线性到抛物线转变所需时间会随着钢中铬含量的升高而缩短;同时,铬元素添加后氧化铁皮的结构由最外侧的Fe₂O₃层、中间的Fe₃O₄层和FeO层以及靠近基体的富铬尖晶石(FeCr₂O₄)层组成,FeCr₂O₄层在氧化过程中通过阻碍铁离子和电子的外扩散,降低了氧化速率,从而显著提高低碳钢的抗高温氧化性能。