N摻雜型TiCx形核劑的研制及其對(duì)鋁合金相關(guān)性能的影響.pdf

1、通過(guò)晶粒細(xì)化獲得細(xì)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(xì)化劑是目前最簡(jiǎn)便有效的方法。長(zhǎng)期的研究表明，Al-Ti-C中間合金可以避免Al-Ti-B合金在應(yīng)用過(guò)程中所出現(xiàn)的一系列問(wèn)題，同時(shí)被認(rèn)為是具有廣泛應(yīng)用前景的一種中間合金。但是，由于石墨與鋁的潤(rùn)濕性差，且TiC自身結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，在細(xì)化純鋁過(guò)程中極易衰退，制約了其工業(yè)化生產(chǎn)和進(jìn)一步的推廣應(yīng)用。
　　TiCx是具有面心立方結(jié)構(gòu)的非化學(xué)計(jì)量比化

2、合物，其中，C/Ti原子比可以在0.47-0.98之間變動(dòng)而仍保持一定的晶體結(jié)構(gòu)，在TiCx晶格結(jié)構(gòu)中，存在著大量C空位，這嚴(yán)重影響了其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，使其在低溫時(shí)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(shí)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(shí)生成N摻雜型TiCx和TiB2粒子的鋁合金細(xì)化劑，發(fā)現(xiàn)C元素對(duì)合金體系反應(yīng)過(guò)程有重要影響，最后將制備的合金應(yīng)用于鋁及其合金的晶粒細(xì)化與強(qiáng)

3、韌化。
　　本文主要從以下四個(gè)方面對(duì)Al-Ti-C-B-N中間合金進(jìn)行了研究:
　　(1)不同氮源對(duì)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(wú)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(shí)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(duì)合金微觀組織的影響
　　球磨過(guò)程對(duì)合金的制備起著至關(guān)重要的作用，球磨處理4h時(shí)制備的合金，與未球磨時(shí)顯微組織相似，大多粒子在2μm-5μm左右;隨著球磨時(shí)間延長(zhǎng)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(wú)聚集傾向;若進(jìn)一步延長(zhǎng)球磨時(shí)間至16h，則會(huì)生成許多100nm左右的粒子，同時(shí)合金中粒子易聚集。成分配比對(duì)合金組織也有較大影響，當(dāng)合金體系中BN含量為1％時(shí)，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(duì)Al-Ti-B-N體系反應(yīng)過(guò)程的影響
　　添加石墨對(duì)Al-Ti-B-N體系的反應(yīng)機(jī)制及最終產(chǎn)物有顯著影響，未添加時(shí)，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(yīng)過(guò)程中放出大量熱，促進(jìn)了Ti與BN的直接反應(yīng)，最終產(chǎn)物主要為含

6、有微量N的TiCx粒子及尺寸細(xì)小的TiB2粒子。
　　(4)含氮中間合金對(duì)鋁及其合金的晶粒細(xì)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(xì)化及強(qiáng)韌化行為。利用萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)、MM200型磨損試驗(yàn)機(jī)以及布氏硬度計(jì)對(duì)合金的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)定，并采用CHI660E型電化學(xué)工作站對(duì)合金耐蝕性進(jìn)行測(cè)定。研究結(jié)果表明，自制的中間合金對(duì)這三種合金均具有良好的細(xì)化效果和抗衰退性，且能提高其