FAPAS法制備AlMgB14-TiB2及其與金屬的同步擴(kuò)散連接.pdf

1、AlMgB14是一種基于B12二十面體的硼化物超硬材料，其塊體的顯微硬度高達(dá)35 GPa，特別是在添加了第二相后，硬度可以進(jìn)一步提升至46 GPa，具有力學(xué)性能好、熱分解溫度高、化學(xué)穩(wěn)定性高、摩擦系數(shù)小、密度低、成本低等一些列優(yōu)點，在切削刀具、耐磨涂層、研磨料、航空航天關(guān)鍵零部件及軍事應(yīng)用等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。由于AlMgB14陶瓷具有塑性差、冷加工困難等不足，為了拓寬其工業(yè)應(yīng)用，可以將其與金屬進(jìn)行連接，從而結(jié)合AlMgB14材料的

2、硬度優(yōu)勢和金屬的韌性優(yōu)勢，優(yōu)化綜合性能并降低生產(chǎn)成本。同時，在AlMgB14基體中添加TiB2可以極大地提高材料與金屬連接的活性。
　　本文采用FAPAS(Field Activated Pressure Assisted Synthesis)燒結(jié)方法制備了AlMgB14塊體材料、AlMgB14-TiB2復(fù)合材料、納米增韌AlMgB14-TiB2復(fù)合材料，并實現(xiàn)了AlMgB14-TiB2復(fù)合材料與金屬Nb、Mo的同步擴(kuò)散連接，初步

3、探索了AlMgB14-TiB2復(fù)合材料與金屬Ta、Ti的擴(kuò)散連接性。
　　以Al、Mg、B粉為原料，采用機(jī)械球磨結(jié)合FAPAS燒結(jié)的方法，在900～1600℃溫度范圍內(nèi)探索了AlMgB14的合成工藝，獲得了AlMgB14合成的最佳工藝條件;在1500℃、60 MPa下制備了AlMgB14-TiB2復(fù)合材料;通過向AlMgB14基體中添加納米級TiB2顆粒，提高了基體的斷裂韌性，并探討了納米增韌機(jī)制;采用XRD、SEM、EDS等手段

4、對材料的相組成和微觀形貌進(jìn)行了分析;通過顯微硬度壓痕法對材料的硬度和斷裂韌性進(jìn)行測定。
　　通過FAPAS燒結(jié)法實現(xiàn)了AlMgB14-TiB2復(fù)合材料的原位合成，以及與金屬Nb、 Mo的同步擴(kuò)散連接。利用XRD、SEM和EDS等測試手段對連接界面的物相成分、微觀形貌以及擴(kuò)散連接層的元素分布特征進(jìn)行了分析;探討了在FAPAS條件下擴(kuò)散層的形成機(jī)制及擴(kuò)散連接的過程;對擴(kuò)散連接復(fù)合構(gòu)件的硬度分布進(jìn)行了測試;采用剪切試驗、抗熱震性試驗對復(fù)

5、合構(gòu)件的連接強(qiáng)度進(jìn)行了表征，并對剪切斷口進(jìn)行了分析。
　　結(jié)果表明，在FAPAS條件下可以實現(xiàn)AlMgB14-30wt.％TiB2復(fù)合材料的同步合成以及與金屬Nb、Mo的同步擴(kuò)散連接，分別形成寬約176μm和290μm的均勻、致密的擴(kuò)散連接層;TiB2在燒結(jié)過程中富集于AlMgB14-TiB2復(fù)合材料與金屬的連接界面，其與金屬反應(yīng)生成的Nb-B、Mo-B金屬間化合物形成了均勻致密的擴(kuò)散連接層，對實現(xiàn)陶瓷與金屬的有效連接具有重要的作