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Inconel601不銹鋼板現(xiàn)貨慢速沖刷階段,即致密陶瓷層底部的磨粒磨損過程。失重和厚度損失法測試均表明羽-柱狀結構7YSZ涂層抗沖刷性能不如層狀結構7YSZ涂層,單根羽-柱狀結構涂層顯微硬度是影響羽-柱狀7YSZ涂層抗沖刷性能的主要因素,因此噴距1250 mm涂層抗沖刷性能好。采用PS-PVD+APS復合工藝能有效改善羽-柱狀7YSZ涂層的抗沖刷性能,厚度約為20 μm致密7YSZ涂層在被沖破后,復合涂層仍然保持慢速沖刷速率,抗沖刷性能相對于羽-柱狀結構7YSZ涂層提高了約4倍。4.羽-柱狀結構7YSZ涂層在1050℃熱震過程中,涂層失效主要以點蝕剝落為主,點蝕剝落的主要原因是淬火應力以及陶瓷層與基體之間的熱膨脹系數(shù)差異所形成的熱不匹配熱應力(拉應力)。在這兩種熱應力下,單個羽-柱狀結構陶瓷層內將形成微裂紋,隨著熱震次數(shù)的增加,微裂紋貫穿整個單根羽-柱狀結構,從而發(fā)生點蝕剝落,當相鄰羽-柱狀結構不斷發(fā)生點蝕剝落時,將形成大面積的點蝕剝落區(qū),導致涂層失效。
羽-柱狀7YSZ涂層平均熱震壽命(208次)是層狀7YSZ涂層(139次)的1.5倍。隨著噴距增加,羽-柱狀7YSZ涂層孔隙率增加,應變容限提高,從而改善涂層的抗熱震性能。5.羽-柱狀結構7YSZ涂層等效電路由四個串聯(lián)的R-C電路組成。對噴涂態(tài)涂層阻抗譜分析表明,隨著溫度的升高,阻抗譜中容抗弧數(shù)量減少,YSZ晶界電阻值(y)與孔隙率(x)存在指數(shù)關系y=(1.3)x+1.43×103。高溫氧化阻抗譜分析表明TGO層在高溫氧化50h后發(fā)生致密化使得TGO層電阻率增加,氧化過程中涂層表面形成的燒結收縮裂紋是導致YSZ晶界電容值不斷下降、電阻值不斷增加的主要原因;而二次柱狀晶的熔融燒結(即二次柱狀晶界減小),是抑制YSZ層電容值下降、電阻值增加的主要因素。熱沖擊阻抗譜分析表明,隨著熱沖擊次數(shù)的增加,TGO層電阻值增大,電容值減小,表明TGO層在熱沖擊過程中不斷生長。熱沖擊對二次柱狀納米晶粒內部結構無明顯影響,但在涂層表面燒結而成的收縮裂紋會造成YSZ晶界電阻值增加和電容值減小。研究指出微米顆粒能夠提高鋁基復合材料的強度和彈性模量,但會降低其塑性和韌性,而納米顆?？梢栽鰪婁X基復合材料的室溫強度而不降低塑性,并顯著提高其高溫力學性能等,因此納米顆粒增強鋁基復合材料已逐漸成為發(fā)展高性能,輕量化*結構材料的。根據(jù)納米顆粒加入方式不同,納米顆粒增強鋁基復合材料的制備方法分為內生法和外加法。外加法制備的復合材料具有顆粒表面易污染,且分散不均勻等缺點,難以達到預期增強效果。而內生法制備的納米顆粒尺寸細小、表面無污染物、顆粒與基體界面結合好且分散相對均勻。
其中,燃燒合成法因具有設備工藝簡單、產物純凈、合成速度快等突出優(yōu)點而備受關注。但該方法存在制備復合材料致密度低、難于合成尺寸小于100 nm的顆粒、合成納米顆粒不易分散等一系列亟待解決的關鍵科學與技術難題,同時關于該方法制備的復合材料組織和力學性能的研究較少且不夠深入。因此,需要進一步探索和揭示燃燒合成法制備納米顆粒增強鋁基復合材料的工藝、組織和室溫高溫力學性能及其強化機制。本論文針對上述存在問題,采用Al-Ti-C(碳源:碳納米管(CNTs)、石墨(graphite)、碳(C-black))體系燃燒合成+真空熱壓+熱擠壓成型的一體化技術,制備納米TiC_p/Al-Cu-Mg復合材料的佳工藝。揭示出佳碳源為CNTs,成功制備出致密的性能優(yōu)異的納米TiC_p/Al-Cu-Mg復合材料。研究了納米TiC_p體積分數(shù)、顆粒分散行為、界面結合等因素對內生納米TiC_p/Al-Cu-Mg復合材料組織、室溫高溫力學性能、抗高溫蠕變和抗干摩擦磨損性能的影響規(guī)律和作用機制,揭示出內生納米TiC_p/Al-Cu-Mg復合材料室溫高溫的強化機制、抗高溫蠕變機制和抗干摩擦磨損機制。本文主要研究結果如下:1)*采用Al-Ti-CNTs體系燃燒合成+真空熱壓+熱擠壓一體化技術,成功制備出組織致密的納米TiC_p/Al-Cu-Mg復合材料。i)揭示出CNTs與石墨、炭相比,具有小的尺寸和大的比表面積,增加了碳源與反應物的接觸面積,同時CNTs在反應過程中溶解擴散速度快,碳原子供應充足,反應時間短,從而制備的TiC_p顆粒尺寸小且形貌為近球形。ii)揭示出CNTs球磨預處理2 h對促進納米TiC_p分散、促進反應*和減少有害中間產物相的機制為:球磨剪短處理后CNTs獲得更大的比表面積和更小的尺寸,增大了CNTs與Al-Ti二元液相的接觸面積,促進了CNTs的溶解,使反應析出納米TiC_p的幾率增多,提高了合成的納米TiC_p在基體中的分散,同時促進了反應的進行,燃燒合成反應更*,減少了Al3Ti中間相。iii)發(fā)現(xiàn)采用球磨2 h后的CNTs制備的9 vol.%納米TiC_p/Al-Cu-Mg復合材料具有高的屈服強度、抗拉強度、斷裂應變,分別為404 MPa、601 MPa和8.1%,比采用未處理CNTs制備的9 vol.%納米TiC_p/Al-Cu-Mg復合材料分別提高了66MPa、82 MPa和0.4%;相對于基體合金的屈服強度和抗拉強度(269 MPa和441MPa)分別提高135 MPa和160 MPa,但斷裂應變(19.8%)降低。
iv)揭示出納米TiCp/Al-Cu-Mg復合材料室溫強化機制:相對均勻分散的納米TiCp阻礙位錯運動、納米TiC_p與α-Al基體良好的界面結合以及Al3Ti脆性相含量的大幅降低。2)提出了內生納米TiCp/Al-Cu-Mg復合材料制備的佳工藝:a)CNTs球磨預處理工藝:球磨速度300 r/min、時間2 h;b)球磨預分散Al、Ti、CNTs復合粉體工藝:球磨速度50 r/min、球磨時間48 h;c)復合粉體的冷壓工藝:冷壓成尺寸為45 mm×35 mm的圓柱形預制坯體,施加壓力20-30 MPa;d)燃燒合成+熱壓工藝:加熱溫度到900℃,燃燒合成反應開始后,施加壓力;e)熱擠壓成型工藝:擠壓溫度為500℃、擠壓比16:1-19:1;f)T4熱處理工藝:固溶溫度510 oC、時間1 h、自然時效96 h。3)揭示出內生納米TiC_p對Al-Cu-Mg復合材料再結晶組織的影響規(guī)律、提高高溫強塑性和抗蠕變性能的機制。i)發(fā)現(xiàn)納米TiC_p能夠釘扎亞晶界,穩(wěn)定亞結構以及阻礙再結晶晶粒長大,形成由亞結構區(qū)域、變形區(qū)域和*再結晶的等軸晶粒區(qū)域組成的不*再結晶組織,而基體合金為*再結晶的等軸晶粒(18.8μm)組織。基體合金和5 vol.%、7vol.%、9 vol.%納米TiC_p/Al-Cu-Mg復合材料再結晶區(qū)域面積百分比分別約為96%、81%、69%、44%。ii)揭示出內生納米TiCp/Al-Cu-Mg復合材料高溫強塑性同時提高,其中在573 K溫度下,9 vol.%納米TiC_p/Al-Cu-Mg復合材料的屈服強度、抗拉強度、斷裂應變分別為139 MPa、157 MPa、17.2%,比基體合金分別提高29.9%、26.6%、73.7%。iii)發(fā)現(xiàn)在相同條件下,9 vol.%內生納米TiC_p/Al-Cu-Mg復合材料抗高溫蠕變性能是基體合金的4-15倍,其中在493 K、40 MPa下,復合材料抗高溫蠕變性能是基體合金的15倍。揭示出復合材料的表觀應力指數(shù)和表觀激活能均高于基體合金,它們的蠕變變形均是受高溫位錯攀移機制所控制。iv)揭示出內生納米TiC_p/Al-Cu-Mg復合材料高溫強化機制為:(a)納米TiC_p阻礙位錯滑移或攀移;(b)納米TiC_p釘扎晶界擴散遷移,從而強化晶界(包括大角度晶界和小角度晶界);(c)納米TiC_p釘扎亞晶界,穩(wěn)定亞結構以及阻礙再結晶形核和再結晶晶粒的長大,獲得數(shù)量多且尺寸細小的θ′和S′析出相,更有效地阻礙位錯運動。
發(fā)現(xiàn)內生納米TiC_p/Al-Cu-Mg復合材料比Al-Cu-Mg基體合金具有更優(yōu)異的室溫和高溫耐磨損性能:i)揭示出在滑動速度0.63 m/s-1.26 m/s和載荷20 N-50 N范圍內時,與基體合金相比,復合材料的室溫耐磨性提高了40%-110%,其中在滑動速度0.94 m/s,載荷40 N下,15 vol.%納米TiC_p/Al-Cu-Mg復合材料的耐磨損性能相對于基體合金提高了110%。發(fā)現(xiàn)隨著滑動速度、載荷的增加,復合材料和基體合金的耐磨性均降低,但復合材料降低的程度遠小于基體合金,主要原因是復合材料表面形成了納米TiC_p與Al2O3混合耐磨層。ii)揭示出在載荷20 N、滑動速度0.63 m/s和溫度為433 K-493 K范圍內時,復合材料的高溫耐磨性比基體合金提高了70%-530%,其中在493 K下,20 vol.%納米TiC_p/Al-Cu-Mg復合材料的耐磨性比基體合金提高了530%。發(fā)現(xiàn)隨著溫度增加,復合材料和基體合金的耐磨性均降低,但復合材料降低的程度遠小于基體合金。20 vol.%納米TiC_p/Al-Cu-Mg復合材料在433 K-493 K溫度范圍內的耐磨損性能幾乎不變。原因是溫度提高在復合材料表面形成了更加致密的納米TiC_p與Al2O3混合耐磨層。上述結果表明,復合材料在高溫下耐磨性提高的程度顯著高于其在室溫提高的程度。iii)揭示納米TiC_p/Al-Cu-Mg復合材料室溫和高溫耐磨損性能提高機制:(a)納米TiC_p釘扎位錯和有效阻礙位錯的運動,抵抗材料的塑性變形;(b)有效的傳遞載荷,阻礙摩擦副之間的粘著磨損;(c)納米TiC_p釘扎晶界,提高復合材料室溫和高溫強度、硬度,同時減少晶界微裂紋,降低層狀剝落;(d)在復合材料表面形成了致密的納米TiC_p與Al2O3混合耐磨層。本論文所取得的成果為開發(fā)高強韌、高抗蠕變、高耐磨的納米顆粒增強鋁基復合材料及其制備方法提供了新的技術途徑和實驗依據(jù)與理論參考。Inconel601不銹鋼板現(xiàn)貨光譜儀是將成分復雜的光分解成光譜線的科學儀器,通過對光信息的采集來測知物品中含有何種元素。這種儀器被廣泛地應用于空氣污染、水污染、食品重金屬污染、金屬工業(yè)等的檢測中。進入21世紀以來,儀器的數(shù)字控制技術已經取代模擬控制技術,使儀器向小型化、精密化發(fā)展。其中激光誘導擊穿(Laser-induced breakdown spectroscopy簡稱LIBS)光譜儀是目前材料分析行業(yè)的前瞻技術,它具有分析速度快,精度高,可遙測,測量范圍廣等優(yōu)點。因此,LIBS光譜儀已在更多領域得到了廣泛的應用。目前,雖然國內一些企業(yè)和高校機構已經對LIBS光譜儀的研發(fā)和產業(yè)化作了大量工作,以此來縮小與國外的差距并推動國內LIBS的發(fā)展,但是它的核心部件制造技術和系統(tǒng)仍然依賴于國外。LIBS光譜儀研制過程中需要的關鍵材料及核心理論問題主要表現(xiàn)在以下三個方面:一是影響光學系統(tǒng)穩(wěn)定性的關鍵材料及材料匹配問題;二是光柵制造鍍膜關鍵技術及表面潤濕性問題;三是鍍膜技術對光柵性能的影響。