TiAl基合金的摩擦学设计

基于TiAl基合金作为摩擦零件的性能要求，在综述TiAl基合金目前国内外研究现状和取得的成果的基础上，探讨了提高TiAl基合金的强韧性技术及实现其高温自润滑耐磨的设计准则，为研究开发新型的高温自润滑耐磨TiAl基合金提供技术途径。     

TiAl基合金晶粒细化重要影响因素研究进展

目的 TiAl基合金密度小,高温下具有很高强度以及很好抗蠕变性和抗氧化性,但是其属于金属间化合物型合金,晶粒细化有助于提高它的塑性和韧性。总结TiAl基合金在晶粒细化方面的研究进展,为TiAl基合金的进一步研究提供参考。方法在参考国内外近40篇文献的基础上,仔细研究有关TiAl基合金晶粒细化的实验方法、结果及分析,最后进行综合归纳和总结。结果从添加合金元素、粉末冶金、热处理、热机械加工、氢化处理等方面,对于TiAl基合金组织细化研究进展进行了简要总结;尽管各种工艺的机理有所不同,但是均能实现TiAl基合金组织细化,有助于改进TiAl基合金材料的相关性能。结论在已有研究的基础上,晶粒细化对TiAl合金焊接接头综合性能的改善研究有待进一步深化和加强。     

TiAl金属间化合物的研究进展

综述了TiAl金属间化合物的研究进展，指出了其应用于高温领域的主要障碍是它的室温脆性与高温强度的不足，进而提出了相应的解决办法；同时分析了合金化对组织与性能的影响及加工／热处理对组织与性能的影响机理，并对TiAl基合金的制备和加工的新工艺进行分类评述。最后从基础理论、制备与加工新技术、TiAl基复合材料的研制等方面指出今后的研究与开发动向。     

TiAl基合金焊接技术研究现状

本文阐述了国内外TiAl基合金的焊接技术研究现状,分别讨论了扩散焊、钎焊、电子束焊和摩擦焊等方法在焊接TiAl基合金时存在的优势及存在的问题。     

TiAl基合金断裂情况的研究现状及发展趋势

对TiAl基合金断裂情况的研究现状进行了论述 .从显微结构的控制提高其断裂韧性及其它性能 ,加载率、温度和环境对TiAl基合金的断裂及韧化机理的影响 ,变形和断裂行为 ,韧化机理和断裂机理的研究情况等五个方面对前人的工作进行了分析与比较 ,有助于对TiAl合金的变形与断裂 ,断裂过程及其韧化机理更进一步的理解 .同时进一步提出了TiAl基合金的断裂模型是什么 ,传统的COD法能否合理地测试TiAl合金的断裂韧性 ,用什么方法才能更好地评定此类合金的断裂韧性等需解决的问题 ,并对TiAl基合金发展趋势进行了初步的探讨 .     

加热速度对TiAl基合金显微组织的影响

利用Gleeble-1500热模拟机研究了加热速度对铸态TiAl基合金显微组织的影响,提出了在相界处形成层片组织的物理模型.结果表明,5次快速加热循环热处理可将TiAl基合金晶粒细化至50 μm以下;单次快速加热可破坏TiAl基合金层片组织的稳定性,使层片组织破碎.快速加热条件下的重结晶形核以晶界形核为主,并可在相界发生.     

全层状TiAl基合金断裂过程的进一步研究

通过对层状TiAl基合金进行拉伸卸载试验及拉伸试验，同时通过断口分析，研究了全层状TiAl基合金平板拉伸试验的断裂过程．结合宏观试验结果与断口分析发现，随着预损伤程度的增加，裂纹面密度增大；平板拉伸直接断裂试样的断裂过程与拉伸一卸载后拉断试样的断裂过程一致，单位面积断裂功基本不变．这说明预损伤并不影响这种材料的断裂过程和最终的断裂性能．     

添加钨和稀土元素对TiAl合金性能的影响

采用机械合金化结合粉末冶金技术制备Ti-44.7Al、Ti-44.7Al-xW、Ti-44.7Al-xLa-yCe合金材料,采用透射电镜和金相显微镜研究不同W、La、Ce添加量对机械合金化TiAl基合金的显微组织的影响,并对合金的力学性能进行测试.研究表明,在不添加任何元素时TiAl合金颗粒的平均尺寸为30～60 μm,但添加微量稀土元素La、Ce对TiAl基合金的细化作用非常明显,其平均尺寸为20 μm;通过机械合金化在TiAl基合金系统中添加微量W元素会形成新的固溶体相,这种新成分相大大提高TiAl基合金的抗弯强度σb,当W添加量为1.0%时,σb达到峰值,随后随着W原子数分数的增加,抗弯强度降低;TiAl合金的抗弯强度σb开始随着稀土元素La的增加而增加,在0.5%原子数分数处达到峰值,然后强度随稀土原子数分数的继续增加而下降;而合金的强度却随添加Ce的原子数分数的增加而直线下降,同时添加W的TiAl合金的强度高于加稀土La、Ce的TiAl合金的强度.     

高能球磨Ti/Al复合粉固相反应烧结工艺

采用金相和能谱方法对Ti、Al箔的固相扩散反应行为进行了研究,建立了TiAl3相层厚度生长的计算公式.并在此基础上,探讨了球磨Ti/Al复合粉的两步固相烧结工艺.研究表明:两步固相烧结法可有效抑制烧结引起的粉末体变形,获得具有典型显微组织的致密烧结材料;尽管延长低温预烧时间可获得由TiAl与Ti3Al组成的热稳定性较好的组织,但组织致密度偏低,为了获得高致密的TiAl合金,仍需后续高温烧结.实验还表明,高能球磨促进了TiAl基合金组织细化,且球磨时间越长烧结组织晶粒越细小;双态组织中的层片组织含量随球磨时间延长而增加,但长时间球磨由于非晶化的出现又会引起层片组织含量下降.     

Ti2AlC/TiAl复合材料的高温抗氧化性能研究现状

由于TiAl合金是高温结构材料,因此就要求具有优良的高温抗氧化性能。本文综述了TiAl合金的氧化过程以及最常用的三种提高高温抗氧化的手段：添加合金元素;热处理。指明了Ti2AlC/TiAl复合材料存在的问题及今后的发展前景。     

Influencing factors and mechanism of high-temperature oxidation of high-entropy alloys: A review

High-temperature oxidation is a common failure in high-temperature environments, which widely occur in aircraft engines and aerospace thrusters; as a result, the development of anti-high-temperature oxidation materials has been pursued. Ni-based alloys are a common high-temperature material; however, they are too expensive. High-entropy alloys are alternatives for the anti-oxidation property at high temperatures because of their special structure and properties. The recent achievements of high-temperature oxidation are reviewed in this paper. The high-temperature oxidation environment, temperature, phase structure, alloy elements, and preparation methods of high-entropy alloys are summarized. The reason why high-entropy alloys have anti-oxidation ability at high temperatures is illuminated. Current research, material selection, and application prospects of high-temperature oxidation are introduced.     

SiGe合金氧化层中的纳米结构

我们在硅锗合金衬底上采用氧化等制膜方式生成零维和三维的纳米结构样品，用高精度椭偏仪(HPE)、卢瑟福背散射谱仪(RBS)和高分辨率扫描透射电子显微镜(HR-STEM)测量样品的纳米结构。并采用美国威思康新州立大学开发的Rump模拟软件对卢瑟福背散射谱(RBS)中的CHANNEL谱和RANDOM谱分别进行精细结构模拟。计算且测量出纳米氧化层与锗的纳米薄膜结构分布，并且反馈控制加工过程。优化硅锗半导体材料纳米结构样品的加工条件。我们在硅锗合金的氧化层表面中首次发现纳米锗量子点和量子层结构，我们首次提出的生成硅锗纳米结构的优化加工条件的氧化时间和氧化温度的匹配公式和理论模型与实验结果拟合得很好。     

MECHANISM OF NANOSTRUCTURE IN OXIDATION OF Si1-xGex AL-LOYS

我们在硅锗合金衬底上采用氧化等制膜方式生成零维和三维的纳米结构样品,用高精度椭偏仪(HPE)、卢瑟福背散射谱仪(RBS)和高分辨率扫描透射电子显微镜(HR-STEM)测量样品的纳米结构,并采用美国威思康新州立大学开发的Rump模拟软件对卢瑟福背散射谱(RBS)中的CHANNEL谱和RANDOM谱分别进行精细结构模拟,计算且测量出纳米氧化层与锗的纳米薄膜结构分布,并且反馈控制加工过程,优化硅锗半导体材料纳米结构样品的加工条件.我们在硅锗合金的氧化层表面中首次发现纳米锗量子点和量子层结构,我们首次提出的生成硅锗纳米结构的优化加工条件的氧化时间和氧化温度的匹配公式和理论模型与实验结果拟合得很好.     

MoCrFeMnNi高熵合金退火后的组织和性能

高熵合金因具有高强度、耐腐蚀、耐高温氧化等优异的性能而备受关注.采用铝热反应法制备MoCrFeMnNi高熵合金,用XRD、SEM、EDS、显微硬度和压缩实验研究了铸态及700 ℃/12 h、800 ℃/6 h、1 000 ℃/3 h退火后合金的组织和性能变化.结果表明:铝热法制备的MoCrFeMnNi高熵合金为典型的枝晶形貌,晶体结构主要由BCC相、FCC相以及少量的σ相构成,其中枝晶区域为BCC结构,富含Mo和Cr元素;枝晶间区域为FCC结构,富含Ni元素.随着退火温度的上升,枝晶间逐渐析出纳米级σ相,使得合金硬度上升,在800 ℃/6 h退火处理后达到667 HV,抗压强度达到1 050 MPa;1 000 ℃/3 h退火后,σ相团聚成球状和针状并在高温下部分溶解,σ相的减少使得合金硬度下降,抗压强度与铸态时相当,塑性显著提升.     

激光冲击强化对Ti2AlNb合金微观组织及残余应力的影响

Ti2AlNb(O-Ti2AlNb)具有优异的力学性能,在航空发动机方面有远大应用前景.激光冲击强化(Laser Shock Peening,LSP)是一种先进的表面改性技术,能够在材料表面诱导产生高幅值、大深度的残余压应力,改善材料微观组织,提高材料抗疲劳、高温氧化等性能.本文采用激光冲击强化对Ti2AlNb合金进行表面改性,并研究其组织演变、残余应力以及高温环境对性能的影响.结果表明:激光冲击强化能够显著减小Ti2AlNb合金近表面的晶粒尺寸.显微硬度由冲击前的350 HV提升到395 HV;在冲击区域近表面产生了约-377 MPa的残余压应力;而在高温环境中,由激光冲击强化所诱导的材料近表面残余应力随时间逐渐释放,在600℃条件下,残余应力释放较为缓慢;而在720℃条件下,残余应力迅速释放.     

高密度W-Ni-Fe合金制备与应用研究进展

高密度W-Ni-Fe合金具有强度高、塑性好、抗冲击韧性和穿透能力强、耐腐蚀性和抗高温氧化性能好等综合力学性能,广泛应用于现代军工工业和民用工业领域.本文从高密度W-Ni-Fe合金制备和应用的角度,论述了制粉、成形、烧结、热处理、形变强化等制备工艺对高密度W-Ni-Fe合金综合力学性能的影响,同时也对高密度WNi-Fe合金在核工业、航天工业等工业的应用进展进行了探讨,为高密度W-Ni-Fe合金的制备和应用研究提供相关数据参考.     

铝合金微弧氧化陶瓷层的耐磨性

应用微弧氧化这一高新表面改性技术在LY12铝合金表面形成陶瓷膜层，并对其在常温下的耐磨性能进行了对比测试与分析。实验结果表明，微弧氧化陶瓷膜层的表面磨损外观比较均匀，磨损痕迹也比较轻微，其表而硬度达到2500HV，是基体的10倍以上。由此可见，微弧氧化技术大大改善了铝合金表面耐磨特性和硬度。     

钙在镁合金熔炼中的阻燃机理

熔炼了钙的质量分数为0.5%~5.0%,铝的质量分数为9.0%的10种镁合金,研究了Ca的加入对合金阻燃效果的影响.分别取定量的10种合金在700℃的高温下进行氧化增重的测量,并对合金表面的氧化形貌进行了观察.实验结果表明:镁合金加入钙后,其表面在高温下生成了CaO及少量MgO的复合致密氧化膜,这层氧化膜隔绝了空气,阻止了镁的燃烧;当钙的质量分数为3.5%时,可起到良好的阻燃效果.     

Thermal and microstructural characterization of a novel ductile cast iron modified by aluminum addition

In high-temperature applications, like exhaust manifolds, cast irons with a ferritic matrix are mostly used. However, the increasing demand for higher-temperature applications has led manufacturers to use additional expensive materials such as stainless steels and Ni-resist austenitic ductile cast irons. Thus, in order to meet the demand while using low-cost materials, new alloys with improved high-temperature strength and oxidation resistance must be developed. In this study, thermodynamic calculations with Thermo-Calc software were applied to study a novel ductile cast iron with a composition of 3.5 wt% C, 4 wt% Si, 1 wt% Nb, 0-4 wt% Al. The designed compositions were cast, and thermal analysis and microstructural characterization were performed to validate the calculations. The lowest critical temperature of austenite to pearlite eutectoid transformation, i.e., A1, was calculated, and the solidification sequence was determined. Both calculations and experimental data revealed the importance of aluminum addition, as the A1 increased by increasing the aluminum content in the alloys, indicating the possibility of utilizing the alloys at higher temperature. The experimental data validated the transformation temperature during solidification and at the solid state and confirmed the equilibrium phases at room temperature as ferrite, graphite, and MC-type carbides.     

碳基烧蚀材料高温氧化反应机理的分子动力学研究

本文采用基于紧束缚密度泛函理论的分子动力学,研究高温下碳基烧蚀材料三种模型(无缺陷、原子缺陷以及孔洞缺陷)的氧化反应机制．研究发现高温下的反应产物主要是CO和CO₂.CO的产生过程主要源于环氧基团中C-C键的裂解,而CO₂的形成则较为复杂,主要源于小分子团簇(C₂O₂、C₃O₁、C₄O₁)的裂解．C-C键裂解是石墨氧化反应的主要途径,C-O键形成是CO和CO₂生成速率的控制因素．此外,体系的温度、缺陷以及孔洞对石墨的氧化反应机制有重要的影响．通过分析氧化反应速率,计算得到三种模型氧化反应的活化能分别为7.56、2.4和1.6kcal/mol．缺陷越明显活化能越低,则氧化反应速率较高,无缺陷的模型由于活化能最高,其氧化反应速率最低．