Diffusion–reaction of aluminum and oxygen in thermally grown Al2O3 oxide layers

The diffusion–reaction of aluminum (Al) and oxygen (O), to form thermally grown oxide (TGO) layers in thermal barrier coatings (TBCs), is studied through an analytical model. A nonsymmetrical radial basis function approach is used to numerically solve the mass balance equations that predict the TGO growth. Correct boundary conditions for the Al and O reactions are laid out using scaling arguments. The Damköhler number shows that the O–Al reaction is several orders of magnitude faster than diffusion. In addition, a comparison between aluminum and oxygen diffusivities indicates that TGO growth is governed by aluminum diffusion. The results are compared with experimental measurements on air plasma spray-deposited TBCs treated at 1,373 K with exposure times ranging from 1 to 1700 hours. We found that, for several time decades, the thickness of the thermally grown layer has power law dependence of time with an exponent of ½, following the diffusion control mechanism. At later times, however, the presence of other oxides and additional kinetics modify the diffusive exponent.     

Al—TiO2体系热扩散反应合成Al3Ti／Al复合材料的磨损性能研究

针对Al-TiO2 体系 ,采用热扩散反应合成方法制备了Al2 O3 /Al和Al3 Ti/Al复合材料 ,考察了复合材料的组织结构特性、磨损性能及磨损机理 .结果表明 ,Al-TiO2 体系的热扩散反应合成产物为Al2 O3 和Al3 Ti,其中Al3 Ti呈棒状 ,相对均匀地分布于Al基体中 ;Al2 O3 为细小颗粒 ,偏聚于Al基体的晶界 .随着反应物中TiO2 /Al摩尔比的提高 ,产物中Al2 O3 和Al3 Ti的体积含量增加 ,复合材料的耐磨性明显提高 .复合材料的磨损失效主要源于其在反应过程中产生的微空隙 (裂纹核 )在摩擦载荷反复作用下的生长、扩展和摩擦表面的疲劳断裂     

Microstructure and mechanical properties of ZrO2 (Y2O3)–Al2O3 nanocomposites prepared by spark plasma sintering

Zirconia (yttria)–alumina ceramic nanocomposites were fabricated from different powders by spark plasma sintering (SPS). One powder was a commercially available nanocomposite powder TZP-3Y20A, consisting of 3 mol% yttria-stabilized zirconia (3-YSZ) reinforced with 20 wt% alumina, and the other, used as a comparison, was a conventional mechanically mixed powder 3YSZ-20A, a blend made of 3 mol% yttria-stabilized zirconia powder ZrO₂ (3Y) and 20 wt% α-alumina powder. The effect of the sintering temperature on the densification, the sintering behavior, the mechanical properties and the microstructure of the composites was investigated. The results showed that the density increased with increasing sintering temperature, and thus, the mechanical properties were strengthened because of the increased densification. The nanocomposite powder TZP-3Y20A was easily sintered, and good mechanical properties were achieved as compared with the powder from the conventional mechanically mixed method, the maximum flexural strength and fracture toughness of which were 967 MPa and 5.27 MPa m^1/2, respectively.     

δ—Al2O3短纤维增强Al合金复合材料的拉抻力学行为研究

利用宏观、微观实验和三维弹塑性有限元分析方法（ＦＥＭ）,对δ－Ａｌ２Ｏ３短纤维增强Ａｌ合金复合材料的弹性模量和应力－应变曲线进行预测,同时讨论该类材料的断裂特征,研究了纤维位向的变化并引入了实测的短纤维位向分布规律,研究表明,本对该类复合材料的弹性模量和应力－应变曲线的预测是较为准确的。     

Al2O3SiO2/ZL109 金属基复合材料的强度性能研究

介绍了硅酸铝短纤维增强ＺＬ１０９铸铝合金（Ａｌ２Ｏ３ＳｉＯ２／ＺＬ１０９ＭＭＣ）的静态实验和冲击实验结果。给出了这种复合材料的静态强度、动态屈服强度和层裂强度并对实验结果进行了分析讨论。     

TiB2增强Al2O3陶瓷刀具高速干切削摩擦磨损性能

采用TiB2增强Al2O3陶瓷刀具对淬硬钢进行高速干切削试验,利用切削高温作用下的摩擦化学反应,在刀具表面原位生成具有润滑作用的反应膜,从而实现Al2O3/TiB2陶瓷刀具的自润滑.结果表明:低速干切削时,Al2O3/TiB2陶瓷刀具的磨损机制主要表现为粘着磨损和磨料磨损;而在高速干切削时,刀具的磨损机制主要表现为氧化磨损,刀具表面经由氧化反应生成具有润滑作用的反应膜而起到固体润滑作用,从而使刀具的耐磨性能提高,随着TiB2含量和切削速度的增加,反应膜的减摩抗磨作用增强;而在切削区通入氮气时,由于刀具表面氧化膜形成受阻,刀具的抗磨能力有所降低.     

纳米Al2O3填充环氧树脂复合材料的摩擦学性能

研究了干摩擦条件下纳米Al2O3微粒含量及其表面改性处理对环氧树脂基复合材料滑动摩擦磨损性能的影响.结果表明，经过表面化学接枝处理后，少量的纳米Al2O3(体积分数约0．24％)即可大幅度提高环氧树脂的摩擦磨损性能，起到显著的减摩和耐磨作用．复合材料的热变形稳定性、显微硬度及磨损表面形貌分析结果表明，对纳米Al2O3微粒进行适当的表面处理有利于加强纳米微粒同基体树脂的结合，从而改善复合材料的摩擦学性能．     

PVC/纳米Al2O3复合材料的力学性能研究

通过熔融共混方法制备了PVC/纳米Al2O3复合材料,研究了纳米粒子对PVC的增强、增韧效果。采用细观力学方法理论上求解了纳米复合材料的有效弹性模量,比较并分析了试验值和理论计算值的偏差。     

JH-2模型及其在Al2O3陶瓷低速撞击数值模拟中的应用

利用现有文献数据以及实验与数值模拟结合的方法得到了Al2O3陶瓷的Johnson-HolmquistⅡ (JH2)本构模型参数,并且基于这种含损伤的动态本构模型,采用LS-DYNA 显式有限元软件对Al2O3陶瓷 在低速撞击下的破碎过程进行了数值模拟,再现了试件的损伤演化与动态破碎过程。结果表明,Al2O3陶瓷 在冲击载荷作用下,主要呈轴向劈裂状破坏;随着输入压缩波加载时间的减小,试件的破碎程度加剧;利用 JH-2模型对Al2O3陶瓷在SHPB实验中的动态损伤演化过程的模拟结果与实验回收试件的破碎模式基本一 致,从而验证了JH-2模型在模拟低速撞击下陶瓷动态破碎过程的有效性和可行性。     

Fe_3Al/WS_2复合材料的真空摩擦学性能研究

采用热压烧结的方法制备了添加WS2质量百分数为10%、20%和30%的Fe-28Al-5Cr基复合材料,通过XRD和SEM等手段分析了样品的相组成和组织结构.利用自制的真空摩擦试验机测试了样品在4×10-4Pa真空下的摩擦学性能.研究结果显示:通过与WS2的复合能够显著降低Fe3Al基金属间化合物在真空条件下的摩擦系数,但三种不同WS2含量复合材料的摩擦系数差别不大.随着WS2含量增加,复合材料的磨损率逐渐降低,特别是30%复合材料的磨损率较纯Fe-28Al-5Cr的磨损率低约1个数量级.滑动速度和载荷对三种材料的摩擦系数和磨损率均有一定的影响.纯Fe3Al的磨损表面较为粗糙,出现严重的剥落坑和剥落痕迹,磨损机理为严重的疲劳磨损.添加质量百分数为10%WS2的复合材料的磨损机理为磨粒磨损和疲劳磨损;添加WS2质量百分数为20%和30%的复合材料,其磨损表面相对较为光滑平整,磨损机理为轻微剥落.因此,在复合材料制备中添加WS2能够显著提高Fe3Al金属间化合物的真空摩擦学性能.     

高孔隙率Al2O3微孔陶瓷冲击性能实验研究

为研究脆性材料冲击损伤性能,对孔隙尺寸μm量级、孔隙率47％～50％的Al2O3微孔陶瓷进行了较系统的实验研究。通过对其进行应变率范围为25．4～494s^-1的冲击实验,结果表明：在较低加载率情况下,材料的模量和强度均表现出较明显的应变率敏感效应;随着加载速率的增加,强度和模量的应变率效应规律相反;而到更高的加载速率时,材料表现出应变率不敏感。借助试件表面的应变花,并与双波法实验结果进行对比,初步探讨了脆性材料在多次冲击下的累积损伤。     

Al2O3陶瓷引弧微爆炸加工温度场模拟

建立了Al2O3陶瓷引弧微爆炸加工(micro-detonationofstrikingarcmachining,MDSAM)过程的 传热模型,基于有限元理论,利用ANSYS软件对加工过程中的温度场分布进行了模拟。结合材料性质,对模 拟和实验得到的蚀坑尺寸进行了比较,并分析了加工参数对温度场的影响。模拟结果表明,Al2O3陶瓷引弧 微爆炸加工时在给定的加工参数下的最高温度可达13435℃,且高温影响区范围很小,加工实验与模拟结果 符合较好。随着脉冲宽度和工作电流的增加,加工区域的温度以及蚀坑的半径和深度增大;随着喷嘴半径的 增大,加工区域的温度降低而蚀坑的径深比增大。模拟结果可为Al2O3 陶瓷引弧微爆炸加工过程中表面形 貌的预测、材料去除机理的揭示以及加工参数的选择等提供参考。     

纳米Al2O3填充聚四氟乙烯摩擦磨损性能的研究

利用ＭＭ－２００型摩擦磨损试验机考察了填料含量及载荷对纳米Ａｌ２Ｏ３填充ＰＴＦＥ复合材料摩擦磨损性能的影响,采用扫描电子显微镜观察分析磨损表面形貌及磨损机理,结果表明,纳米Ａｌ２Ｏ３可以提高ＰＴＦＥ的耐磨性,但Ａｌ２Ｏ３会导致严重的塑性变形,并且Ａｌ２Ｏ３含量越高,塑性变形越严重,当Ａｌ２Ｏ３的质量分数为１０％时,填充ＰＴＦＥ复合材料的磨损最小;随着载荷的增大,填充ＰＴＦＥ的磨损增加,填充ＰＴＦＥ     

Preparation of nano-sized Al2O3–2SiO2 powder by sol–gel plus azeotropic distillation method

Nano-sized amorphous Al₂O₃–2SiO₂ powder was prepared by a sol–gel method coupled with azeotropic distillation. The structure of the powder was investigated by DTS, BET, TEM, FT-IR, TG-DTA and XRD, showing that n-butanol azeotropic distillation could effectively remove water from the aluminosilicate gels and prevent the formation of hard agglomerates in the drying process. The average particle diameter of the powder was about 70 nm. The largest BET specific surface area of the powder was 669 m²/g. To examine the alkali-activation reactivity of the powder, alkali-activation tests were performed with the powder reacting with sodium silicate solution. The synthetic powder was found to be highly reactive.     

Al2O3—TiB2—SiCw复合陶瓷材料摩擦磨损特性的试验研究

采用热压地以不同比例的ＳｉＣ晶须（ＳｉＣｗ）制行了Ａｌ２Ｏ３－ＴｉＢ２－ＳｉＣｗ三组分复合陶瓷材料，并在ＭＭ－２００型试验机上对其摩擦磨损行为及其磨损机理作了试验研究。结果表明，添加ＳｉＣ晶须既能提高材料的断裂韧性，又能明显改善材料的耐磨性能。由于ＳｉＣ晶须在热压后主要分布于热压方向垂直的平面上，因而在不同的表面上有不同的耐磨性，这些陶瓷材料表面的耐磨性能都随着θ角（表明面热压方向的夹角）的增大而     

Al2O3—40%TiO2和Cr2O3等离子喷涂层的摩擦磨损特性

研究了AC4C铸铝合金表面等离子喷涂Al2O3-40%TiO2和Cr2O3陶瓷粉末涂层的滑动摩擦磨损特性;采用划痕试验方法测定了涂层与基体之间的结合强度;用扫描电子显微镜观察分析了磨痕形貌和涂层显微组织特征.研究结果表明:Cr2O3涂层的摩擦学性能优于Al2O3-40%TiO2涂层;涂层的结合强度、硬度和表面空隙对磨损影响较大;Al2O3-40%TiO2涂层的磨损机理主要表现为塑性变形和层状剥离;而Cr2O3涂层则主要为磨粒磨损     

Al2O3基陶瓷磨阻材料的磨擦磨损特性

在ＭＧ－２００磨损试验机上，对以Ａｌ２Ｏ３为基体，分别添加固体润滑剂组元石墨和氮化硼制备的２种陶瓷摩阻材料的摩擦磨损特性进行了试验研究。结果表明：在给定的试验条件下，添加石墨或氮化硼都可以改善材料摩擦性能的稳定性；分别在１００℃，２００℃，３００℃和４００℃下定温式试验时，这２种摩阻材料都具有较高的摩擦因数和良好的耐磨性，其中含氮化硼之摩阻材料的耐磨性比含石墨之摩阻材料的更好，前者在４００℃时的磨