(Al-Si)-Al-Ti混合粉末冷壓塊部分重熔過程中的組織演變.pdf

1、顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料因其優(yōu)越的綜合力學(xué)性能，廣泛用于航空航天、先進(jìn)武器、汽車及電子工業(yè)。本文提出一種Al3Ti@Ti殼-芯結(jié)構(gòu)粒子增強(qiáng)Al基復(fù)合材料，以期材料具有較高的抗拉強(qiáng)度同時(shí)還具有與基體相當(dāng)?shù)乃茼g性。結(jié)合粉末冶金技術(shù)及觸變成形技術(shù)提出一種集制備與成形于一體的新技術(shù)-粉末混合觸變成形技術(shù)，利用此技術(shù)制備Al3Ti@Ti殼-芯結(jié)構(gòu)增強(qiáng)Al基復(fù)合材料。本文主要研究了部分重熔對(duì)(Al-Si)-Al-Ti混合粉末冷壓塊部分重熔過程的組織演變

2、。與此同時(shí)，通過點(diǎn)滴實(shí)驗(yàn)對(duì)Al與Ti間反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究。目的是為了后期觸變成形奠定基礎(chǔ)。
　　研究結(jié)果表明：Al-Si、純Al、純Ti混合粉末冷壓塊在595℃加熱30 min可以獲得細(xì)小、類球形初生相?-Al顆粒均勻懸浮于液相中的理想半固態(tài)組織，且固液兩相達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡(液相分?jǐn)?shù)為45 vol.％)。組織演變可以分為四個(gè)階段：Al-Si粉末中 Si相由中心向粉末邊緣的遷移和純Al粉末的合金化，使兩種粉末演變?yōu)?-Al顆粒；液相

3、在?-Al顆粒邊緣形成并逐漸增加，形成連續(xù)的、包裹與?-Al顆粒的液相薄膜；液相分?jǐn)?shù)的增加及?-Al相顆粒的快速粗化；?-Al相顆粒的最終粗化。隨著部分重熔溫度的升高，除液相分?jǐn)?shù)增加外，初生相顆粒尺寸增大至65?m。最終確定595℃為理想的部分重熔溫度，不僅可以獲得理想液相率45 vol.%,其顆粒尺寸為55?m。
　　在595℃部分重熔過程中，Ti粉顆粒與基體中Al元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。首先在其邊緣形成一鋸齒狀金屬間化合物殼層，隨后

4、殼層增厚，形成致密殼層。對(duì)于一定尺寸的Ti粉末當(dāng)殼層達(dá)到一定厚度時(shí)，由于生成物體積的膨脹產(chǎn)生應(yīng)力使其破裂，從Ti顆粒表層脫落。隨后又形成一致密層，再破碎、脫落，如此往復(fù)，直至Ti顆粒全部反應(yīng)，形成細(xì)小化合物顆粒的聚集體。在595℃加熱30 min可以獲得致密化合物殼層包裹Ti芯的殼-芯結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)體粒子。納米壓痕儀測(cè)試結(jié)果顯示，殼-芯結(jié)構(gòu)粒子的化合物殼層與Ti芯的微觀硬度分別為6.97GPa，1.22GPa，即為殼硬芯軟的粒子。隨著部分重

5、熔溫度的升高，化學(xué)反應(yīng)速率增加導(dǎo)致反應(yīng)層厚度增加并且隨著厚度的增加致密殼層也發(fā)生了破裂。
　　XRD物相分析表明，在595℃加熱30 min時(shí)殼層主要為?2相((AlxSi1-x)2Ti)及少量的(Al,Si)3Ti相構(gòu)成；加熱120 min時(shí)則為(Al,Si)3Ti相。即隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，反應(yīng)產(chǎn)物由?2相逐漸向(Al,Si)3Ti相轉(zhuǎn)變。部分重熔溫度較低時(shí)(590℃下加熱30 min)反應(yīng)產(chǎn)物為?1(Al5Si12Ti7)，隨