Al-Zr-O-B體系反應(yīng)生成顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的組織結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、本文開(kāi)發(fā)了Al-Zr-O-B原位反應(yīng)新體系，研究了熔體反應(yīng)技術(shù)并成功制備了(Al3Zr+Al2O3+ZrB2)p/Al和(Al3Zr+Al2O3+ZrB2)p/Al-4Cu新型復(fù)合材料；利用掃描電鏡、電子探針、X-射線衍射儀、差熱分析儀等現(xiàn)代分析手段分析了該復(fù)合材料的凝固組織，并探討了Al-Zr-O-B復(fù)合材料的反應(yīng)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)以及影響顆粒大小和分布的因素；研究了復(fù)合材料的力學(xué)性能和耐磨性能，分析了復(fù)合材料的斷裂行為、強(qiáng)化機(jī)制和磨損機(jī)

2、制。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明Al-Zr(CO3)2-H3BO3體系制備復(fù)合材料的最佳工藝參數(shù)為：起始反應(yīng)溫度850±20℃、反應(yīng)時(shí)間25min、反應(yīng)物加入量20wt％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。X-射線衍射(XRD)和掃描電鏡(SEM)分析表明：Al-Zr(CO3)2-H3BO3體系原位反應(yīng)生成的顆粒增強(qiáng)相為Al3Zr、Al2O3和ZrB2，且顆粒尺寸細(xì)小，彌散分布于基體中。在原位反應(yīng)過(guò)程中，對(duì)熔體施加電磁場(chǎng)，可使合成顆粒更細(xì)化、圓整。 對(duì)Al

3、-Zr(CO3)2-H3BO3反應(yīng)體系制備復(fù)合材料的反應(yīng)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究，結(jié)果表明：Al-Zr(CO3)2-H3BO3體系在鋁熔體中能自發(fā)進(jìn)行反應(yīng)合成Al2O3、Al3Zr和ZrB2顆粒，反應(yīng)按反應(yīng)-破裂-擴(kuò)散機(jī)制進(jìn)行，并建立了反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型。對(duì)其進(jìn)行定性分析表明：溫度越高，反應(yīng)物的濃度越高，反應(yīng)的速度越快。 復(fù)合材料的力學(xué)性能測(cè)試研究表明：Al-Zr-O-B系熔體反應(yīng)法合成的(Al3Zr+Al2O3+ZrB2)p/Al和

4、(Al3Zr+Al2O3+ZrB2)p/Al-4Cu復(fù)合材料，其抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度較基體顯著提高，當(dāng)反應(yīng)物加入量為鋁熔體的20wt％時(shí)，(Al3Zr+Al2O3+ZrB2)p/Al復(fù)合材料的強(qiáng)度為：σb=152.3MPa，σs=112.3MPa，較基體純Al分別提高95.2％和167.3％；(Al3Zr+Al2O3+ZrB2)p/Al-4Cu復(fù)合材料的力學(xué)性能為：σb=393.9MPa，σs=316.7MPa，較基體Al-4Cu合金分別

5、提高了72％和53％。該復(fù)合材料經(jīng)T6處理后，其抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度比熱處理前分別提高了11.2％和23％。 對(duì)(Al3Zr+Al2O3+ZrB2)p/Al和(Al3Zr+Al2O3+ZrB2)p/Al-4Cu復(fù)合材料的拉伸斷裂形貌及其機(jī)理進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：內(nèi)生Al3Zr、Al2O3和ZrB2復(fù)合材料的增強(qiáng)機(jī)制主要有Orowan強(qiáng)化、共格強(qiáng)化和位錯(cuò)強(qiáng)化。 Al-Zr-O-B系復(fù)合材料干滑動(dòng)磨損試驗(yàn)研究表明：(Al3Zr