N摻雜型TiCx形核劑的研制及其對鋁合金相關性能的影響.pdf

1、通過晶粒細化獲得細小均勻的等軸晶組織，是提高鋁鑄錠（坯）綜合性能的重要手段之一，而向熔體中添加晶粒細化劑是目前最簡便有效的方法。長期的研究表明，Al-Ti-C中間合金可以避免Al-Ti-B合金在應用過程中所出現(xiàn)的一系列問題，同時被認為是具有廣泛應用前景的一種中間合金。但是，由于石墨與鋁的潤濕性差，且TiC自身結構不穩(wěn)定，在細化純鋁過程中極易衰退，制約了其工業(yè)化生產(chǎn)和進一步的推廣應用。
　　TiCx是具有面心立方結構的非化學計量比化

2、合物，其中，C/Ti原子比可以在0.47-0.98之間變動而仍保持一定的晶體結構，在TiCx晶格結構中，存在著大量C空位，這嚴重影響了其結構穩(wěn)定性，使其在低溫時發(fā)生演變。利用TiCx中存在空位的特性，本文選用不同氮源制備含有N原子的TiCx粒子，同時研究了不同工藝參數(shù)下合金顯微組織的變化，開發(fā)出一種同時生成N摻雜型TiCx和TiB2粒子的鋁合金細化劑，發(fā)現(xiàn)C元素對合金體系反應過程有重要影響，最后將制備的合金應用于鋁及其合金的晶粒細化與強

3、韌化。
　　本文主要從以下四個方面對Al-Ti-C-B-N中間合金進行了研究:
　　(1)不同氮源對合成N摻雜型TiCx粒子的影響
　　選用不同氮源制備含氮中間合金，發(fā)現(xiàn)利用N2制備出的合金中生成大量AlN粒子，N元素并未與TiCx發(fā)生作用，無摻雜型粒子生成;采用Mg3N2和BN作為氮源制備的合金中TiCx粒子中均含有N元素;且后者可同時提供氮源和硼源，生成含有N元素的TiCx和TiB2粒子，因而BN是較為優(yōu)化的氮源。

4、
　　(2)不同工藝參數(shù)對合金微觀組織的影響
　　球磨過程對合金的制備起著至關重要的作用，球磨處理4h時制備的合金，與未球磨時顯微組織相似，大多粒子在2μm-5μm左右;隨著球磨時間延長至8h，合金中生成的顆粒尺寸在0.2μm-0.5μm之間，粒子分散性較好，無聚集傾向;若進一步延長球磨時間至16h，則會生成許多100nm左右的粒子，同時合金中粒子易聚集。成分配比對合金組織也有較大影響，當合金體系中BN含量為1％時，合金的顯

5、微組織最優(yōu)，合金中生成的TiCx顆粒中含有微量的N元素，形貌為八面體、不規(guī)則多面體;生成的TiB2粒子為片狀，尺寸在1μm-2μm之間。
　　(3)碳對Al-Ti-B-N體系反應過程的影響
　　添加石墨對Al-Ti-B-N體系的反應機制及最終產(chǎn)物有顯著影響，未添加時，合金中生成的主要物相為AlN和AlB2，僅有少量TiB2粒子生成;加入0.1％的石墨粉后，由于反應過程中放出大量熱，促進了Ti與BN的直接反應，最終產(chǎn)物主要為含

6、有微量N的TiCx粒子及尺寸細小的TiB2粒子。
　　(4)含氮中間合金對鋁及其合金的晶粒細化及性能的影響
　　將自制的含氮中間合金分別加入工業(yè)純鋁、Al-5Cu及Al-5Mg合金中，研究其細化及強韌化行為。利用萬能拉伸試驗機、MM200型磨損試驗機以及布氏硬度計對合金的力學性能進行測定，并采用CHI660E型電化學工作站對合金耐蝕性進行測定。研究結果表明，自制的中間合金對這三種合金均具有良好的細化效果和抗衰退性，且能提高其