多相顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的研究.pdf

1、本文研究了用混合鹽反應(yīng)法、兩步法以及綜合外加和原位反應(yīng)的方法制備的多相顆粒增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料—(TiB<,2>+SiC)/ZL109復(fù)合材料、(TiB<,2>+A1<,2>O<,3>)/ZL202復(fù)合材料和(ZrB<,2>+TiB<,2>)/A1復(fù)合材料，利用X射線衍射儀(XRD)、電子探針顯微分析儀(EPMA)、光學(xué)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(cè)試手段，對(duì)復(fù)合材料的微觀組織結(jié)構(gòu)

2、、增強(qiáng)相的分布以及力學(xué)性能做了分析，此外本文還對(duì)TiB<,2>/A1-Si活塞復(fù)合材料的力學(xué)性能以及TiB<,2>/A1界面狀況做了相應(yīng)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(qiáng)的(TiB<,2>+SiC)/ZL109復(fù)合材料，方法可行有效。觀察發(fā)現(xiàn)，所制備的兩相顆粒增強(qiáng)復(fù)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(xiàn)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(cè)試顯示TiB<,2>和SiC兩相顆粒增強(qiáng)Al-Si基復(fù)合材料的硬度比相同含量的單一TiB<,2>或SiC顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料明顯提高，而其拉伸強(qiáng)度也略有提高，彌補(bǔ)了單一SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料UTS降低的不足。 采用兩步原位反應(yīng)的方法制備了(TiB<,2>十A1<,2>O<,3>)/ZL202復(fù)合材料，增強(qiáng)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(qiáng)度明顯提高，提高幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)同等分?jǐn)?shù)單一顆粒增強(qiáng)的復(fù)合材料，這與顆粒對(duì)基體的協(xié)同增強(qiáng)有關(guān)。鑄態(tài)時(shí)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(qiáng)相共同起到強(qiáng)化基體作用，(TiB<,2>+A1<,2>O<,3>)/ZL202復(fù)合材料

5、的抗拉強(qiáng)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(yīng)法首次制備出了含有ZrB<,2>增強(qiáng)相的鋁基復(fù)合材料并通過(guò)透射電鏡對(duì)ZrB<,2>增強(qiáng)相進(jìn)行了觀察和分析。從熱力學(xué)上分析了(ZrB<,2>+TiB<,2>)/Al復(fù)合材料制備過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)。一定配比的混合鹽反應(yīng)的產(chǎn)物為ZrB<,2>、ZrAl<,3>和TiB<,2>，其中反應(yīng)生成的ZrB<,2>為六方結(jié)構(gòu)，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(tuán)簇在基體中均勻分布。ZrB<,2>與α-Al存在位向關(guān)系：[001]<,ZrB2>∥[111]<,Al>，(120)<,ZrB2>∥(110)<,A1>。反應(yīng)生成的ZrAl<,3>呈長(zhǎng)條狀，與α-Al存在位向關(guān)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(xué)性能，研究表明，相比于未增強(qiáng)的基體合金，TiB<,2>顆粒增強(qiáng)活塞用復(fù)合材料顯示出明顯的時(shí)效峰值，在硬度曲線上存在一段孕育時(shí)間段。TiB<,2>顆粒增強(qiáng)活塞用復(fù)合材料的時(shí)效加速提前，其時(shí)效峰比未強(qiáng)化基體合金時(shí)間上發(fā)生了前移現(xiàn)象。室溫下TiB<,2>顆粒增強(qiáng)活塞用復(fù)合材料較基體具有更高的抗拉強(qiáng)度，并且隨著TiB<,2>顆粒含量的增多，拉伸強(qiáng)度值也隨之增大，當(dāng)溫度超過(guò)250℃時(shí)，復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度值明顯下降。高分辨透射電鏡