激光诱导自蔓延反应合成非晶复合材料组织与性能

利用构成Zr基大块非晶合金体系的主要组元之间具有很大的负混合焓而能发生很强放热反应的特点 ,设计了激光诱导自蔓延反应合成大块非晶合金的工艺。针对Zr Al Ni Cu合金体系的初步研究表明 ,合成产物主要是由非晶 ,Zr3Al2 及Zr2 Cu型金属间化合物所构成。随着掺杂 (Zr,C)含量的增加 ,合成产物中非晶比例降低 ,而硬度及耐磨性增加。     

Zr基大块非晶合金的激光焊接

采用激光焊接技术,对Zr基大块非晶合金(BAA)Zr45Cu48Al7(原子数分数(%))进行了焊接实验,研究在激光焊接下不同工艺参量对焊接接头组织的影响,初步探讨了在焊接热循环过程中焊缝和热影响区的晶化行为。结果表明,在激光输出功率1200 W,焊接速率8 m/min的条件下,成功地获得了无气孔和裂纹等缺陷的焊接接头。焊缝和热影响区均没有出现晶化现象,仍然保持非晶结构。而当激光输出功率不变,焊接速率分别为2 m/min,4 m/min的工艺条件下,焊接后的接头则出现了不同程度的晶化现象。利用光镜和微区X射线衍射(XRD)实验分析确定:2 m/min条件下焊缝和热影响区均出现了晶化现象,晶化相主要为ZrCu相和Zr38Cu36Al26相(5τ);4 m/min条件下焊缝未出现晶化现象而热影响区出现晶化,晶化相主要为ZrCu相和5τ相。     

Ni-Al掺杂WC粉末激光燃烧合成复合材料组织性能研究

采用高能束激光诱发自蔓延原位自生反应合成金属陶瓷颗粒增强复合材料的方法,通过对掺杂不同含量WC粉末的Ni-Al粉末压坯进行激光点燃自蔓延烧结,制备硬质颗粒增强NiAl基复合材料。得到了烧结合金的XRD、OM、显微硬度、摩擦磨损测试等结果。结果表明:未添加WC粉末时,烧结合金物相有Ni3Al,NiAl,Al2O3相,当加入WC时,新添了WC以及Ni4W和WO3相;加入WC后组织晶粒更加均匀、细化,呈细小的胞状;当WC粉末质量分数为1%时,相对密度最大为6.864g/cm3,孔隙率最低为0.189%;WC的添加能增加材料的力学性能,且当添加量为1%时,硬度最高为687.3HV,其磨损率最低为0.309mg/mm2。     

激光焊接Zr45Cu48A17块体非晶合金

为了研究激光技术焊接块体非晶合金的可行性,采用激光焊接块体非晶合金Zr45Cu48A17.当焊接速度为8m/min、激光输出功率为1.2kW时,焊缝和热影响区均保持了非晶特性,且没有发现裂纹等的缺陷;试样的热循环温度曲线分析表明,焊缝和热影响区急速从熔点冷却到430%以下是该试样保持非晶的原因.结果表明,采用激光焊接技术可以成功连接块体非晶合金.     

激光焊接Zr45Cu48A17块体非晶合金

为了研究激光技术焊接块体非晶合金的可行性,采用激光焊接块体非晶合金Zr45Cu48Al7。当焊接速度为8m/min、激光输出功率为1.2kW时,焊缝和热影响区均保持了非晶特性,且没有发现裂纹等的缺陷;试样的热循环温度曲线分析表明,焊缝和热影响区急速从熔点冷却到430℃以下是该试样保持非晶的原因。结果表明,采用激光焊接技术可以成功连接块体非晶合金。     

Ni元素对激光诱导自蔓延反应合成Ti-Fe共晶合金组织性能的影响

采用激光诱导自蔓延反应合成制备了Ti-Fe-Ni三元合金。实验结果表明,当第三组元Ni含量介于12 at.%之内时,合成产物仍保持Ti70.5Fe29.5共晶合金的相组成,即是由β-Ti固溶体、TiFe和Ti2Fe金属间化合物所组成。但随着Ni含量的增加,合成产物中β-Ti固溶体的数量逐渐减少,而TiFe和Ti2Fe金属间化合物的数量逐渐增加。同时组织形态也由共晶组织逐渐转变为过共晶组织。随着Ni含量的增加,合成样品的致密度逐渐降低;由于受合成样品微观组织和致密性这两种因素的综合作用,致使Ni含量为9 at.%的合成样品具有高的硬度、强度及良好的塑性。     

Ni-A1掺杂WC粉末激光燃烧合成复合材料组织性能研究

采用高能束激光诱发自蔓延原位自生反应合成金属陶瓷颗粒增强复合材料的方法,通过对掺杂不同含量WC粉末的Ni-Al粉末压坯进行激光点燃自蔓延烧结,制备硬质颗粒增强NiAl基复合材料。得到了烧结合金的XRD、OM、显微硬度、摩擦磨损测试等结果。结果表明：未添加WC粉末时,烧结合金物相有Ni3Al,NiAl,Al2O3相,当加入WC时,新添了WC以及Ni4W和WO3相;加入WC后组织晶粒更加均匀、细化,呈细小的胞状;当WC粉末质量分数为1％时,相对密度最大为6．864g／cm3,孔隙率最低为0．189％;WC的添加能增加材料的力学性能,且当添加量为1％时,硬度最高为687．3HV,其磨损率最低为0．309mg／mm^2。     

部分贵金属合金非晶态的热与激光诱导晶化

通过对Cu-Ag,Cu-Al,Ag-Al,Cu-Ag-Al等系列合金在低温气相沉积中形成的亚稳态结构及其结构转变行为全面而系统的研究,发现这类合金非晶态的形成及其晶化具有某些独特行为。观察到非晶态在晶化初相普遍出现具有面心立方结构的均匀固溶相,并在向平衡态的结构转变中呈现亚稳态的逐级转变。结合对Cu_(29)Al_(71)非晶态薄膜激光相变研究的实验结果,认为这类合金作为相变型光盘介质材料应用具有很大潜力。     

Zr基非晶合金激光加工表面羟基磷灰石沉积特性研究

为了降低金属植入物与人体之间的排斥反应以及提高医用植入物材料的生物活性,本研究团队利用不同的表面加工方法对Zr₅₅Cu₃₀Ni₅Al₁₀表面进行改性,以制备天然骨的仿生微纳结构;然后将加工后的样品浸泡于模拟体液中,使其表面生成羟基磷灰石（HA）,研究不同加工方法下样品表面的润湿性以及HA沉积特性。结果表明：相较于传统的表面改性方法,纳秒激光结合飞秒激光的加工方法具有更加优异的加工效果,加工表面的水接触角由62°减小到26°,亲水性得到了大幅提升;纳秒激光结合飞秒激光加工的微纳结构不仅为HA的沉积提供了更多空间,而且其上的纳米颗粒有利于Ca²⁺与PO■的集聚,加速HA晶核的形成,从而生成均匀、稳定的HA沉积层,提高Zr₅₅Cu₃₀Ni₅Al₁₀表面HA的沉积效果。     

Zr过渡层对Al膜微结构与性能的影响

为了增加高频声表面波器件用Al薄膜的功率承受力以及与基体的附着力，同时不增加薄膜在化学反应刻蚀中的难度。并精确地控制图形的尺寸。采用电子束蒸镀法研究了Zr过渡层和薄膜固化工艺对Al膜微结构、形貌、电性能及机械性能的影响。结果表明。适当厚度(5-30nm)的Zr过渡层增强了Al膜的(111)织构，增加了薄膜与LiNbO3基体的结合力，200℃固化后电阻率明显降低．拥有Zr过渡层的Al膜具有良好的工艺性能，通过反应离子刻蚀易获得精确的换能器图形．     

激光成形修复Ti60合金组织与性能研究

利用金相分析、维氏硬度、X射线衍射、室温和高温(600℃)静载拉伸等方法,对整体叶盘候选材料Ti60合金进行激光成形修复组织与性能的研究.研究发现:激光成形修复后,修复区与锻件基体形成致密的冶金结合,热影响区的组织从锻件的双态组织逐步过渡到激光修复区的魏氏组织.激光成形沉积态修复区的硬度高于锻件基体,热影响区的硬度处于两者之间,经过退火(650℃,2h/空冷),激光修复区硬度减小;激光修复结合面测试试样室温和600℃高温拉伸测试都断裂在锻件基体;不同修复体积(10%,20%、50%和80%)的试样室温和高温(600℃)强度高于锻造态,室温塑性比锻造态低,而高温塑性与锻造态相当.     

激光熔覆Zr65Al7.5Ni10Cu17.5复合涂层组织结构

在Ti基体上激光熔覆Zr65Al7.5Ni10Cu17.5合金粉末,得到含非晶、纳米晶复合涂层。涂层由金属间化合物和非晶、纳米晶构成。涂层按组织形貌分为3层:表面枝晶区、中部细晶区和结合区枝晶区。金属间化合物为Al2Zr3,CuZr2和Zr2Ni,纳米晶为简单四方Al2Zr3相,晶格常数为:a=b=76.18nm,c=69.85nm。     

激光熔化沉积Ti60合金和TiC_P/Ti60复合材料的显微组织及高温拉伸性能

通过激光熔化沉积工艺制备出Ti60合金和TiCP(质量分数为5%)/Ti60复合材料薄壁材料,分析了两种材料的显微组织及600℃下的高温拉伸性能。结果表明,激光熔化沉积Ti60合金具有典型的魏氏组织特征,在亚晶界处和α/β界面处存在球形富钕稀土相;TiCP/Ti60复合材料中存在少量未完全熔化的TiC颗粒,熔化析出的TiC相呈断续链状,均匀分布于基体中,TiC与钛合金基体的界面结合良好。在600℃下,TiCP/Ti60复合材料的拉伸强度比Ti60合金提高了65 MPa,而延伸率明显降低。Ti60合金在高温下发生韧性断裂,而TiCP/Ti60复合材料的断口特征比较复杂,既有沿晶断裂和准解理断裂也有局部的韧性断裂。     

钛合金表面激光熔覆(Ti+Al/Ni)/(Cr2O3+CeO2)复合涂层组织与耐磨性能

为改进钛合金(Ti6Al4V)的耐磨性能,应用脉冲Nd:YAG激光器进行了钛合金表面熔覆(Ti+Al/Ni)+(Cr2O3+CeO2)复合涂层实验,分析了熔覆层微观组织,测试了熔覆层显微硬度及其在大气环境室温下的摩擦磨损性能.结果表明,熔覆层组织是在细小树枝晶和共晶基体上散布着未熔Cr2O3颗粒和白亮球状液析Cr2O3,及生成的硬化TiAl陶瓷颗粒增强相.显微硬度明显提高,最高可达1150HV,平均是基材的3～4倍.熔覆层和基材实现良好冶金结合,白亮熔合区宽度为10～20 μm.激光熔覆层干滑动摩损的摩擦系数在0.2～0.3之间,磨损率比Ti6Al4V标样降低约4～5倍.     

Ba(Ti0.91Zr0.09)0.09Al0.01O3陶瓷的介电弛豫特性

采用固相反应法制备了Ba1-xBi(Ti0.91Zr0.09)0.09Al0.01O3陶瓷,借助XRD、Agilent4284A、ZT-I电滞回线测量仪,研究了Bi3+和Al3+共掺杂后对陶瓷的相结构和介电特性的影响.研究结果表明,掺杂后Ba(Ti0.91Zr0.09)0.09Al0.01O3陶瓷的体积密度在x=0.03时,可达5.859 g/cm3,XRD结果显示,在x≤0.01时,衍射峰具有单一的四方BaTiO3结构,观察介电温谱(-30℃≤T≤130℃,10-1kHz≤f≤103kHz,其中f为频率)可发现陶瓷从正常铁电体转变成弛豫铁电体,电滞回线显示矫顽场(Ec)和剩余极化强度(Pc)小,即Ec=0.93 kV/cm,Pc=2.63μC/cm2.     

Structural Properties and Ionic Conductivity of Nanocrystalline Zr5Ti7O24 Ceramic Synthesized by Autoignited Combustion Technique

Nanoparticles of Zr₅Ti₇O₂₄ ceramic have been prepared by the autoignited combustion technique. The phase purity of the ceramic was examined by x-ray diffraction method, yielding lattice parameters of a = 14.3 Å, b = 5.2 Å, and c = 5.1 Å. A narrow size distribution of the nanoparticles was determined by transmission electron microscopy with a peak at 21.55 nm. Coexistence of Zr/TiO₆ octahedra and Zr/TiO₄ tetrahedra was observed in the Raman spectrum. The optical bandgap of the ceramic was found to be 2.36 eV. The sample was pressed into a circular pellet and sintered at 1490°C, obtaining 94.7% of theoretical density. The microstructure of the sintered pellet was analyzed by scanning electron microscopy, and the elemental composition was confirmed by energy-dispersive spectrometry. Impedance spectroscopic analysis of the sample showed that ions are the main source of conduction. Two semicircles in the Cole–Cole plot provide evidence of grain and grain boundary contributions to the conductivity. The total ionic conductivity of the sample was 5.57 × 10^?1 S/m at 700°C. The activation energies of grains and grain boundaries above 500°C were 1.08 eV and 0.72 eV, respectively. Nanocrystalline Zr₅Ti₇O₂₄ ceramic is a promising material for use as an electrolyte in solid oxide fuel cells.     

高气密性Mo-Cu-Ni瓷封合金

采用粉末冶金工艺制备了相对密度达99．97％的Mo-Cu—Ni合金，研究了合金的结构、物理性能、力学性能及加工性能。结果表明：经特殊工艺处理后合金气密性极高。合金以Mo为基，Cu，Ni互扩散形成Cu3．8Ni粘结相分布在Mo颗粒边缘，其热膨胀系数与95％Al2O3瓷相近，导电导热性能良好，具有中等强度、较好的延伸率和切削加工性能。用作封接件时合金气密性与其它工艺性能达到苛刻使用条件要求。