聲-磁場下原位合成TiB2-7055Al復(fù)合材料的組織及性能研究.pdf

1、本文開發(fā)了7055Al-(Al-3B合金)-Ti粉劑原位反應(yīng)新體系，通過熔體原位反應(yīng)合成技術(shù)成功制備了TiB2顆粒增強(qiáng)7055Al基復(fù)合材料，并優(yōu)化了熔體原位反應(yīng)工藝。利用金相顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)、能譜分析(EDS)、X-射線衍射儀(XRD)等分析和測試設(shè)備，研究了TiB2/7055Al復(fù)合材料的微觀組織、相組成以及內(nèi)生顆粒的形貌、大小及分布特征等，測試了復(fù)合材料的力學(xué)性能;研究了等通道角擠壓變形對復(fù)合材料組織和性能的影響

2、，并初步探討了復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)制。
　　 研究結(jié)果表明，在7055鋁合金熔體溫度為850℃時，用Al-3B合金和Ti劑作為反應(yīng)物（Ti和B摩爾比為1∶2.1），保持反應(yīng)時間為30min的條件下，反應(yīng)生成的增強(qiáng)顆粒經(jīng)XRD和EDS分析確認(rèn)為TiB2相，其顆粒形貌呈六棱形或多邊狀，平均尺寸為1μm左右，但是存在局部團(tuán)聚現(xiàn)象，并分布于α-Al晶界處。同時，由于TiB2顆粒的存在，有效地阻礙了α-Al的長大，使初生α-Al晶粒明顯得到細(xì)

3、化，尺寸在20μm左右，形貌呈細(xì)小等軸狀。
　　 超聲和磁場對顆粒在基體中的潤濕性及分布影響的研究結(jié)果表明:(1)超聲的聲空化效應(yīng)改善了顆粒與基體間的潤濕條件，聲流效應(yīng)促使TiB2顆粒在溶體中均勻分散。隨著超聲功率的增大，聲空化和聲流效應(yīng)協(xié)同作用使內(nèi)生顆粒分散程度明顯提高，顆粒與基體潤濕性顯著改善，當(dāng)超聲功率為1.0kW、超聲間歇作用時間為3min時，效果達(dá)到最佳，復(fù)合材料中TiB2顆粒細(xì)小達(dá)500nm左右，與基體界面結(jié)合性好，

4、分布也趨于均勻。(2)磁場的攪拌震蕩和脈沖電流的收縮效應(yīng)，使熔體中產(chǎn)生強(qiáng)烈的紊流，有利于化學(xué)反應(yīng)中原子的遷移和交換，加速了熔體原位反應(yīng)進(jìn)程，使α-Al晶粒明顯細(xì)化。當(dāng)磁場強(qiáng)度達(dá)到0.10T時，復(fù)合材料中顆粒體積分?jǐn)?shù)達(dá)到最大，晶粒細(xì)化效果顯著，繼續(xù)增加磁場強(qiáng)度時，作用效果已不明顯。此外，對比超聲和磁場作用效果表明:經(jīng)超聲作用下制備的復(fù)合材料中顆粒尺寸更細(xì)小，在基體中分布顯著改善，趨于均勻分布;而施加磁場可以使原位反應(yīng)進(jìn)行的更快更充分，α-

5、Al晶粒細(xì)化更顯著，但對顆粒的宏觀分散效果改善并不明顯。
　　 復(fù)合材料的拉伸性能研究結(jié)果表明:隨著顆粒體積分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度增大，而伸長率呈下降趨勢，當(dāng)顆粒體積分?jǐn)?shù)為5％時，復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度和伸長率分別達(dá)到303MPa和7.3％，較基體合金提高了10.2％和降低了4.8％。經(jīng)超聲作用后，復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度和伸長率均先增大后減小，超聲功率為1.0kW時，抗拉強(qiáng)度和伸長率分別達(dá)到最大值333MPa和8.2％，較未施加

6、超聲作用的復(fù)合材料分別提高了9.9％和12.3％。此外，復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度和伸長率隨著磁場強(qiáng)度的增大呈先上升后緩慢下降的特點(diǎn)，當(dāng)磁場強(qiáng)度為0.10T時，復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度和伸長率較未施加時提高了8.9％和9.6％，綜合力學(xué)性能達(dá)到最佳。同時，復(fù)合材料的斷口形貌呈現(xiàn)出混合型斷裂特征，與力學(xué)性能測試結(jié)果吻合。
　　 復(fù)合材料的等通道角擠壓試驗研究結(jié)果表明:隨著擠壓道次的增加，晶粒被剪切破碎，形成細(xì)小的等軸晶，晶粒細(xì)化效果顯著，復(fù)合材