熔體直接反應(yīng)法制備TiB-,2-顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的組織與性能研究.pdf

1、通過對各種復(fù)合材料制備技術(shù)的分析，本文提出了一種新的復(fù)合材料原位合成技術(shù)，即熔體直接反應(yīng)法。該法以熔劑處理和熔體反應(yīng)相結(jié)合。本文針對原材料價格較低的A1-TiO<,2>-KBF<,4>反應(yīng)體系，用該法在常規(guī)的鋁合金熔煉設(shè)備和熔煉溫度范圍成功地制備了TiB<,2>顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。在此基礎(chǔ)上，利用金相顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡、x-ray衍射儀等多種現(xiàn)代分析手段，對復(fù)合材料的組織、 界面、性能等進(jìn)行了研究。 實驗結(jié)果表明，對于

2、A1-TiO<,2>反應(yīng)體系，熔劑FXl可使TiO<,2>與鋁熔體間的起始反應(yīng)溫度降低到750℃左右。熔劑在反應(yīng)過程中起清除可能存在于TiO<,2>和鋁熔體界面間的Al<,2>O<,3>包裹膜的作用。對于A1-TiO<,2>反應(yīng)體系，熱力學(xué)分析和物相分析結(jié)果均表明，采用熔體直接反應(yīng)法可成功制備A1/TiAl<,3>復(fù)合材料。復(fù)合材料中TiAl<,3>形態(tài)與起始反應(yīng)溫度有關(guān)。隨著起始反應(yīng)溫度的不同，TiAl<,3>以顆粒狀、塊狀、梅花狀和

3、針狀這四種形態(tài)中的一種或幾種形態(tài)存在。采用一步法和二步法分別制備了Al/TiB<,2>和ZL101/TiB<,2>復(fù)合材料。實驗結(jié)果表明，一步法制備的復(fù)合材料的力學(xué)性能優(yōu)于二步法；而提高起始反應(yīng)溫度可以改善一步法制備的復(fù)合材料的力學(xué)性能：當(dāng)起始反應(yīng)溫度為850℃時，采用一步法制備的A1/TiB<,2>和ZL101／TiB<,2>復(fù)合材料的鑄態(tài)抗拉強(qiáng)度分別達(dá)到181.2MPa和199.0MPa，而伸長率則分別為22.5％和3.9％。

4、 實驗結(jié)果表明，在相同的鑄造條件下，重熔處理對Al／TiB<,2>復(fù)合材料的組織和性能影響不大。重熔除氣可改善復(fù)合材料的力學(xué)性能。重熔澆注時，緩慢的冷卻速度將會導(dǎo)致TiB<,2>，顆粒呈網(wǎng)絡(luò)狀分布。TEM觀察表明，TiB<,2>顆粒呈近球形，顆粒尺寸在1μm左右；TiB<,2>顆粒與基體間的界面潔凈，無反應(yīng)產(chǎn)物存在。原位拉伸實驗表明，裂紋萌生于網(wǎng)絡(luò)狀組織(TiB<,2>顆粒密集區(qū))和白亮區(qū)內(nèi)。熱力學(xué)分析和實驗結(jié)果均表明，

5、在Al-Ti-B熔體中，TiB<,2>比AlB<,2>和TiAl <,3>穩(wěn)定。反應(yīng)過程中出現(xiàn)的中間相AlB<,2>和TiAl<,3>，將會發(fā)生分解，形成更穩(wěn)定的TiB<,2><'。>TiB<,2>是通過在熔體中形核和長大形成的。亞共晶鋁硅合金中常用的鉀、鈉、鍶變質(zhì)劑在ZL101/TiB<,2>：復(fù)合材料中的變質(zhì)效果甚微。ZLl01／TB<,2>復(fù)合材料變質(zhì)效果不佳與復(fù)合材料中的硼在硅的生長表面的優(yōu)先吸附有關(guān)。ZLlO1／TiB<,2

6、>，復(fù)合材料中的硅相尺寸比變質(zhì)ZLlO1合金中的硅相粗大，但較未變質(zhì)ZLlO1合金中的硅相細(xì)小。 切削加工實驗表明，原位合成的ZLlO1／TiB<,2>復(fù)合材料具有良好的切削加工性。在鑄造和切削加工實驗條件相同的情況下，加工ZLlOP1／TiB<,2>復(fù)合材料和ZLlO1合金的刀具耐用度、工件表面粗糙度相近。在切削加工實驗條件相同的情況下，ZLlO1合金和ZLlO1／TiB<,2>復(fù)合材料的切屑形態(tài)相近。對切屑進(jìn)行SEM觀察表明