多相顆粒增強鋁基復合材料的研究.pdf

1、本文研究了用混合鹽反應法、兩步法以及綜合外加和原位反應的方法制備的多相顆粒增強的鋁基復合材料—(TiB<,2>+SiC)/ZL109復合材料、(TiB<,2>+A1<,2>O<,3>)/ZL202復合材料和(ZrB<,2>+TiB<,2>)/A1復合材料，利用X射線衍射儀(XRD)、電子探針顯微分析儀(EPMA)、光學顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)和高分辨透射電鏡(HRTEM)等測試手段，對復合材料的微觀組織結構

2、、增強相的分布以及力學性能做了分析，此外本文還對TiB<,2>/A1-Si活塞復合材料的力學性能以及TiB<,2>/A1界面狀況做了相應的研究。 采用綜合外加和原位法制備出含有SiC顆粒以及TiB<,2>顆粒兩相顆粒增強的(TiB<,2>+SiC)/ZL109復合材料，方法可行有效。觀察發(fā)現，所制備的兩相顆粒增強復合材料中，SiC和TiB<,2>顆粒分布較均勻，局部區(qū)域有TiB<,2>顆粒的聚集現象，SiC顆粒呈尖角狀。TiB<

3、,2>顆粒的局部富集往往同SiC顆粒和珊瑚狀的共晶Si交織在一起。材料的室溫拉伸性能及硬度測試顯示TiB<,2>和SiC兩相顆粒增強Al-Si基復合材料的硬度比相同含量的單一TiB<,2>或SiC顆粒增強復合材料明顯提高，而其拉伸強度也略有提高，彌補了單一SiC顆粒增強鋁基復合材料UTS降低的不足。 采用兩步原位反應的方法制備了(TiB<,2>十A1<,2>O<,3>)/ZL202復合材料，增強相TiB<,2>顆粒尺寸在1μm左

4、右，多與θ-CuAl<,2>相交織在一起，A1<,2>O<,3>顆粒尺寸在3μm左右，界面干凈，彼此分離。A1<,2>O<,3>和TiB<,2>顆粒的引入使基體材料的室溫抗拉強度明顯提高，提高幅度遠遠超過同等分數單一顆粒增強的復合材料，這與顆粒對基體的協同增強有關。鑄態(tài)時斷裂型式為塑性斷裂。T6處理后，θ-CuAl<,2>相固溶析出為短桿狀，與顆粒增強相共同起到強化基體作用，(TiB<,2>+A1<,2>O<,3>)/ZL202復合材料

5、的抗拉強度由221.0MPa提高至339.6Mpa，斷裂型式為部分韌窩和部分解理的混合型斷裂。利用混合鹽反應法首次制備出了含有ZrB<,2>增強相的鋁基復合材料并通過透射電鏡對ZrB<,2>增強相進行了觀察和分析。從熱力學上分析了(ZrB<,2>+TiB<,2>)/Al復合材料制備過程中的化學反應。一定配比的混合鹽反應的產物為ZrB<,2>、ZrAl<,3>和TiB<,2>，其中反應生成的ZrB<,2>為六方結構，尺寸大部分小于lμm。

6、ZrB<,2>圍繞TiB<,2>顆粒分布，Zrg<,2>與TiB<,2>組成的顆粒團簇在基體中均勻分布。ZrB<,2>與α-Al存在位向關系：[001]<,ZrB2>∥[111]<,Al>，(120)<,ZrB2>∥(110)<,A1>。反應生成的ZrAl<,3>呈長條狀，與α-Al存在位向關系：[211]<,zrAl3>∥[111]<,Al>，(113)<,ZrAl3>∥(101)<,Al>。 TiB<,2>顆粒能夠明顯

7、改善活塞合金的力學性能，研究表明，相比于未增強的基體合金，TiB<,2>顆粒增強活塞用復合材料顯示出明顯的時效峰值，在硬度曲線上存在一段孕育時間段。TiB<,2>顆粒增強活塞用復合材料的時效加速提前，其時效峰比未強化基體合金時間上發(fā)生了前移現象。室溫下TiB<,2>顆粒增強活塞用復合材料較基體具有更高的抗拉強度，并且隨著TiB<,2>顆粒含量的增多，拉伸強度值也隨之增大，當溫度超過250℃時，復合材料的抗拉強度值明顯下降。高分辨透射電鏡