亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        Fe2O3摻雜原位合成Al2O3/TiAl復(fù)合材料的組織與性能

        2010-03-13 05:23:58向六一朱建鋒王曉鳳
        航空材料學(xué)報 2010年6期
        關(guān)鍵詞:鋁液晶粒基體

        向六一, 王 芬, 朱建鋒, 王曉鳳

        (陜西科技大學(xué)教育部輕化工助劑化學(xué)與技術(shù)重點實驗室,西安710021)

        在眾多金屬間化合物中,Ti-Al金屬間化合物具有低密度、高比強度和比彈性模量,在高溫時仍可以保持足夠高的強度和剛度,同時它還具有良好的抗蠕變及抗氧化能力,這些優(yōu)點使其成為航空、航天、飛航導(dǎo)彈用發(fā)動機以及汽車的輕質(zhì)耐熱結(jié)構(gòu)件的最具競爭力的材料之一[1,2]。然而,由于強鍵結(jié)合以及基于有序結(jié)構(gòu)變形行為的低對稱性所引發(fā)的室溫脆性和高溫時強度反而降低的缺點,一直是阻礙其實際應(yīng)用的最大缺陷[3,4]。研究表明[5~7],在Ti-Al金屬間化合物中彌散陶瓷相,制備金屬間化合物基復(fù)合材料,可明顯提高Ti-Al金屬間化合物材料的強度和韌性以及高溫強度。在各種增強體中,Al2O3具有化學(xué)穩(wěn)定性好、強度和彈性模量高、熱膨脹系數(shù)小和熔點高,且與TiAl合金具有良好的化學(xué)和物理相容性等優(yōu)點,被認(rèn)為是增強TiAl合金最有效地增強體之一[8,9]。彌散增強相可以通過外加或自生的方式引入,其中原位自生增強相,可以獲得增強相的均勻分散,干凈的相界,與基體較好的結(jié)合界面以及簡化的合成工藝等,合成產(chǎn)物的力學(xué)性能顯著提高。

        本研究利用 Al-Ti-TiO2-Fe2O3體系的放熱反應(yīng),采用熱壓工藝(HP),原位合成了Fe摻雜Al2O3/ TiAl復(fù)合材料,通過掃描電鏡(SEM)和X射線衍射分析(XRD)對其組織形貌和物相組成進(jìn)行了初步研究,并探討了Fe2O3摻雜量對力學(xué)性能的影響。

        1 實驗

        實驗以Ti粉(純度99.3%,280目)、Al粉(純度99.5%,200目)、TiO2粉(純度99%,平均粒徑為0.5μm)和 Fe2O3粉(純度 99%,平均粒徑小于20μm)為原料,以43.83Ti-38.65Al-17.52TiO2為基礎(chǔ)配方,分別外加0.10%,0.84%,1.6%和2.5% (質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)的Fe2O3粉,對應(yīng)的編號為a,b,c,d。以乙醇為保護(hù)介質(zhì)用行星球磨機進(jìn)行濕混,球料質(zhì)量比為3∶1,磨機轉(zhuǎn)速為800 r/min,球磨時間為2 h。球磨后的粉料經(jīng)干燥、造粒,裝入內(nèi)直徑為35 mm的石墨模型內(nèi),后在低真空條件下升溫至1300℃,在升高過程中增加模具壓力,最終至35MPa,保溫60 min后隨爐冷卻。

        用日本理學(xué)D/max 2000PC型X射線衍射儀分析產(chǎn)物的相組成。用JSM-6700F掃描電鏡觀察斷口形貌。試樣表面經(jīng)粗磨、細(xì)磨、拋光后,用洛氏硬度計測其硬度,每個硬度值為5點平均值。用PT-1036PC萬能試驗機進(jìn)行試樣的抗彎強度測試,試樣尺寸為25mm×4 mm×3 mm,測試跨距為20 mm,壓頭位移速率為5mm/min。采用單邊缺口試樣法測量材料的斷裂韌度,三點彎曲標(biāo)準(zhǔn)試樣尺寸b×w× L=3 mm×6 mm×30mm。首先將打磨、拋光后的試樣利用DK7725A-5型電火花數(shù)控線切割機切一深度a=0.45w/mm、寬度為0.12 mm的切口,測試的跨距S=24 mm,壓頭移動速率為0.06 mm/min。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 相組成分析

        圖1為摻雜不同含量Fe2O3合成產(chǎn)物的XRD圖譜,由圖可知,產(chǎn)物主要由γ-TiAl,α2-Ti3Al,Al2O3以及微量FeAl3相組成,TiO2已被全部還原而轉(zhuǎn)變?yōu)锳l2O3,Ti和Al也反應(yīng)生成了基體γ-TiAl相和α2-Ti3Al相,F(xiàn)eAl3相是由Fe2O3與Al發(fā)生鋁熱反應(yīng)形成。γ-TiAl和α2-Ti3Al的峰位向小角度略微偏移,說明其面間距偏大。分析認(rèn)為,由于部分氧溶解在γ-TiAl和α2-Ti3Al內(nèi),使其晶格變大,同時使得生成的Al2O3含量減小。此外,觀察發(fā)現(xiàn)隨Fe2O3摻雜量的增大,α2-Ti3Al相和Al2O3相的峰值增強,說明其含量漸漸增大,γ-TiAl相含量相對有所減小,其原因是基于Al液和Fe2O3反應(yīng)將消耗部分Al液。Fe2O3加入量愈大,消耗量愈多,造成Al液濃度相對不足,從而間接導(dǎo)致α2-Ti3Al相含量增大和γ-TiAl相含量相對減小。

        圖1 摻雜不同含量Fe2O3合成產(chǎn)物的XRD圖譜(a)0.10%;(b)0.84%;(c)1.6%;(d)2.5%Fig.1 XRD patterns for in situ composites with different contents of Fe2O3(a)0.10%;(b)0.84%; (c)1.6%;(d)2.5%

        2.2 微觀結(jié)構(gòu)分析

        圖2為摻雜不同含量Fe2O3合成產(chǎn)物斷口的低倍SEM照片。結(jié)合能譜(圖4)分析表明,圖中灰黑色片層狀結(jié)構(gòu)為(γ-TiAl+α2-Ti3Al)雙相基體,亮色的物質(zhì)為增強的Al2O3顆粒,部分區(qū)域分散較均勻,同時存在一定的團(tuán)聚現(xiàn)象。分析認(rèn)為Al2O3的團(tuán)聚是因為:(1)原料粉末混合不充分,尤其是TiO2是亞微米級粉末而易成聚集狀態(tài);(2)Al液和Al2O3的潤濕性差,接觸角大都大于90°,而且鋁與氧的親和力非常強,在鋁液表面形成一層Al2O3膜,它阻礙了鋁液與Al2O3顆粒的直接接觸,故而Al2O3被液相前沿推動而匯聚于基體晶界處。隨Fe2O3摻雜量的增大,Al2O3含量增大,其分布區(qū)域逐漸擴(kuò)大,分布團(tuán)聚程度逐漸降低,使其成彌散分布。加入Fe2O3后,對潤濕性存在三種影響:(1)改變鋁液的表面張力;(2)改變固/液界面能;(3)在固液界面參與界面反應(yīng)。Fe2O3類似于表面活性劑,降低了鋁液的表面張力,改善了鋁液與Al2O3顆粒之間的浸潤性,Al2O3顆粒進(jìn)入液相的程度增加了,顆粒的流動性增加了,顆粒的分散程度也提高了,Al2O3顆粒逐漸呈彌散分布。依據(jù)楊氏方程[10],液態(tài)金屬對固體表面的浸潤可表示為:

        式中,θ為液體在固體表面的浸潤角,σSV為固氣表面張力,σSL為固液表面張力,σLV為液氣表面張力。由式(1)得出,能夠降低液態(tài)金屬表面能σLV和界面能σSL的合金化元素,便能改善固-液之間的浸潤性。要降低鋁液的表面能,加入的合金元素應(yīng)滿足σM<σAl。加入Fe2O3后引入了Fe元素,因Fe元素能顯著降低液態(tài)金屬的表面能和界面能,故改善了液/固間的潤濕性[11]。

        圖3為復(fù)合材料斷口的高倍掃描照片。由圖3可見,細(xì)小規(guī)則的Al2O3增強相粒子分布在灰黑色基體晶界處。隨Fe2O3加入量的增大,Al2O3粒子從高度偏聚區(qū)域逐漸連接成空間網(wǎng)絡(luò),分布更趨均勻,網(wǎng)絡(luò)間包圍的基體尺寸明顯減小,且Al2O3顆粒呈規(guī)則地圍繞基體分布,圖3d顯示,基體平均晶粒尺寸小于10μm,Al2O3顆粒小于1μm。此外,觀察還發(fā)現(xiàn)圖3a,3b內(nèi)存在一定量的氣孔。隨Fe2O3加入量的增大,圖3c,3d氣孔明顯減少,基體晶粒與Al2O3顆粒結(jié)合較好,說明致密度逐漸提高。逐漸增多的Al2O3顆粒大量分散在基體晶粒的周圍,阻礙高溫時基體晶界的移動,使晶粒細(xì)化,且結(jié)構(gòu)的均勻化程度提高,氣孔減少。同時,隨Fe2O3加入量的增大,其燒結(jié)活性和助燒結(jié)作用得到充分體現(xiàn),促進(jìn)了燒結(jié),也使得氣孔大大減少,提高了材料的致 密度。

        2.3 力學(xué)性能分析

        圖5所示為摻雜不同含量Fe2O3所合成產(chǎn)物的抗彎強度和斷裂韌度,由圖可見,抗彎強度和斷裂韌度在 Fe2O3摻雜量為 0.84%前是升高的,超過0.84%后又顯著降低。在Fe2O3摻雜量為0.84%時,抗彎強度和斷裂韌度分別為 624MPa和6.63MPa·m1/2,說明Fe2O3摻雜量對力學(xué)性能有很大的影響。分析認(rèn)為,隨Fe2O3加入量的增大,Al2O3顆粒含量增大且彌散程度也大大改善,同時基體組織和增強顆粒在不斷細(xì)化,孔隙的尺寸和數(shù)量在不斷減小,結(jié)構(gòu)的均勻化程度在不斷提高,屈服強度也相應(yīng)地提高。抗彎強度的變化用Hall-Petch關(guān)系也可加以說明[12]:

        圖4 拋光試樣斷面的EDS分析Fig.4 EDS pattern of Ti,Al and O for polished fracture

        式中,ΔσYM為屈服強度;k為斷裂韌度,取0.1MPa· m1/2;D是晶粒尺寸;d為增強相粒子尺寸;Vp是增強相的體積分?jǐn)?shù)。由式(2)得出屈服強度隨晶粒尺寸的減小、增強相粒子尺寸的減小和體積分?jǐn)?shù)的增大而增大。但隨Fe2O3加入量的繼續(xù)增大,α2-Ti3Al相顯著增多,導(dǎo)致抗彎強度又降低。因此,只有α2/ γ兩相比例適中時,才能更為有效的提高產(chǎn)物的抗彎強度。

        圖6所示為摻雜不同含量Fe2O3所合成產(chǎn)物的相對密度和洛氏硬度。由圖可見,隨Fe2O3摻雜量的增大,合成產(chǎn)物的相對密度和洛氏硬度呈升高趨勢,二者的變化規(guī)律基本相同。相對密度的增大一方面與Al2O3顆粒含量的增大有關(guān);另一方面與結(jié)構(gòu)的逐漸均勻化相關(guān)。隨 Fe2O3摻雜量的增大,Al2O3顆粒含量增大,晶粒細(xì)化、增強顆粒的彌散分布等原因使得產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)均勻,氣孔減少,致密性提高,相對密度增大。硬度的提高與Al2O3粒子數(shù)量的增大有關(guān),且Al2O3粒子的硬度高,從而提高了產(chǎn)物的硬度。根據(jù)復(fù)合材料硬度混合定律:

        式中,HC,HM和Hf分別為復(fù)合材料、基體、增強體的硬度;fV為增強體的體積分?jǐn)?shù)。由式(3)可見,隨Al2O3含量的增大,硬度逐漸增大;另一方面,硬度的提高與基體晶粒的細(xì)化有關(guān)。隨Al2O3加入量的增大,彌散增強相增多,晶粒逐漸細(xì)化,使得晶界增多,能更有效地抵抗位錯和變形的發(fā)展,進(jìn)一步提高產(chǎn)物的硬度。

        3 結(jié)論

        (1)Fe摻雜Al2O3/TiAl復(fù)合材料的產(chǎn)物主要由γ-TiAl,α2-Ti3Al,Al2O3相構(gòu)成,Al2O3顆粒分布于基體交界處,存在一定的團(tuán)聚。Fe2O3的引入,改變了基體γ-TiAl相和α2-Ti3Al相的相對含量,使得 γ-TiAl相的含量減少,α2-Ti3Al相含量增大,對雙相基體具有調(diào)控作用。

        (2)Fe2O3與鋁液產(chǎn)生的鋁熱反應(yīng)還原出的Fe元素,能夠改善Al2O3顆粒與體系液相間的浸潤性,使得Al2O3顆粒的分散性提高,在晶界處呈彌散分布,基體晶粒有所細(xì)化,致密性提高,改善了復(fù)合材料的力學(xué)性能。

        [1]FROES F H,SURYANARAYANA C,ELIEZER D.Syn-thesis,properties,and applications of titanium aluminides[J].Journal of Materials Science,1992,27(19):5113-5140.

        [2]DIMIDUK D M.Gamma titanium aluminide alloys-an assessment within the competition of aerospace structural materials[J].Materials Science and Engineering(A),1999,263(2):281-288.

        [3]LORIA E A.Gamma titanium aluminides as prospective structural materials[J].Intermetallics,2000,8(9-11): 1339-1345.

        [4]MUTOH Y,ZHU S J,HANSSON T,et al.Effect of microstructure on fatigue crack growth in TiAl intermetallics at elevated temperature[J].Materials Science and Engineering(A),2002,323(1~2):62-69.

        [5]MEI B C,MIYAMOTO Y.Investigation of TiAl/Ti2AlC composites prepared by spark plasma sintering[J].Materials Chemistry and Physics,2002,75(1~3):291-295.

        [6]RAO K P,DU Y J.In situ formation of titanium silicidesreinforced TiAl-based composites[J].Materials Science and Engineering(A),2000,277(1~2):46-56

        [7]LI Z Q,HAN J C,HE X D,et al.Preparation of TiAl/ Al2O3composites by combustion synthesis[J].Journal of Harbin Institute of Technology,2002,9(2):213-216.

        [8]孫國雄,寥恒成,潘冶.顆粒增強金屬基復(fù)合材料的制備技術(shù)和界面反應(yīng)與控制[J].特種鑄造及有色合金,1998,19(4):12-17.

        [9]李志強,曲偉,韓杰才,等.Al-Ti-TiO2體系燃燒合成及其反應(yīng)過程研究[J].無機材料學(xué)報,2002,17(2): 293-298.

        [10]梁英教.物理化學(xué)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1995.

        [11]BEER S Z.Liquid Metals:Chemistry and Physics[M]. New York:Dekker,1972

        [12]WHITEHOUSE A F,CLYNE T W.Effects of reinforcement content and shape on cavitation and failure in metalmatrix composites[J].Composites,1993,24(3):256-261.

        猜你喜歡
        鋁液晶粒基體
        金剛石圓鋸片基體高溫快速回火技術(shù)的探索
        石材(2022年3期)2022-06-01 06:23:54
        溝口雄三的中國社會主義歷史基體論述評
        原道(2022年2期)2022-02-17 00:59:12
        鈮-鋯基體中痕量釤、銪、釓、鏑的連續(xù)離心分離技術(shù)
        甘草次酸球晶粒徑與體外溶出行為的關(guān)系
        中成藥(2019年12期)2020-01-04 02:02:26
        鋼基體上鍍鎳層的表面質(zhì)量研究
        鋁液輸送:鋁業(yè)發(fā)展必由之路
        資源再生(2016年10期)2016-11-16 03:29:12
        超粗晶粒硬質(zhì)合金截齒性能表征參數(shù)的探討
        速度、壓力場對鋁液侵蝕模具的影響
        WC晶粒度對WC-10% Co 硬質(zhì)合金組織和性能的影響
        上海金屬(2015年1期)2015-11-28 06:01:11
        汽車鋁合金車輪加工鋁屑直接回用技術(shù)
        鋁加工(2014年1期)2014-12-05 00:47:52
        最新69国产成人精品视频免费| 青青草狠吊色在线视频| 无码人妻精品一区二区三区东京热| 亚洲av无码xxx麻豆艾秋| 99热这里只有精品3| 精品日本韩国一区二区三区| 精品中文字幕在线不卡| 宅男66lu国产在线观看| 久久久久亚洲av无码观看| 无码人妻丝袜在线视频| 国产精品女同一区二区免| 国产69精品久久久久9999apgf| 在线观看午夜亚洲一区| 精品福利一区| 久久开心婷婷综合中文| 国产无遮挡aaa片爽爽| 精品国精品无码自拍自在线| 久久久久国产精品片区无码| 日本高清一区二区不卡| 玩弄人妻少妇精品视频| 国产精品无码日韩欧| 国产精品无码mv在线观看| 中文字幕亚洲精品在线免费| 国产产区一二三产区区别在线| 国产国拍亚洲精品mv在线观看| av网页在线免费观看| 国产一级二级三级在线观看视频| 一本一道波多野结衣av中文| 91久久国产精品视频| 日本超骚少妇熟妇视频| 肥老熟妇伦子伦456视频| 成人无码一区二区三区网站| 特一级熟女毛片免费观看| 中文字幕色偷偷人妻久久一区| 成人欧美一区二区三区| 国产精品爆乳在线播放| 国产亚洲一区二区毛片| 日韩精品无码一区二区| xxxx国产视频| 亚洲女同av一区二区在线观看| 日韩人妻中文无码一区二区|