合金元素对部分重熔过程Al-Ti混合粉末冷压块中反应的影响

摘要

为了克服粒子增强铝基复合材料制备技术及所得材料塑性差的缺点，结合粉末冶金技术及触变成形技术提出一种集制备与成形于一体的新技术----粉末混合触变成形技术，利用此技术制备新型的原位自生Ti芯、化合物壳的芯-壳结构粒子增强的 Al基复合材料，以期材料具有较高的抗拉强度同时还具有良好的塑韧性。前期研究发现，合金元素对于壳层的形成及致密性有显著影响。本文从热力学和动力学两个方面主要研究了合金元素对部分重熔过程中Al-Ti混合粉末冷压块中芯-壳结构粒子形成的影响，目的是为了后期获得高性能的复合材料奠定基础。
　　本研究主要内容包括：⑴Si元素的加入不仅可以引起化合物壳层的相变，而且还可以改变反应速率；Cu、Mg、Zn元素的加入不会引起Al-Ti反应相的改变，且反应产物仅有Al3Ti相；Mg元素可显著降低 Al熔体的表面能，促进与Ti粉末的反应；Zn元素一方面可以降低Al熔体表面能，另一方面因熔点低可促进液相形成，进而加速与Ti粉末的反应进行；而 C u的加入对反应速率的影响不明显。因Si的加入引起相变，从而使体系的稳定性发生变化，因此体系吉布斯自由能会随着Si元素的含量的增加而发生变化，而其他三种元素因促进形成稳定的Al3Ti相而使得体系越趋稳定。⑵对于Al-5Ti-xSi体系，在720℃加热10min时，随着Si含量由2wt.%增加至9wt.%，反应壳层的变化过程：由单一的(Al, Si)3Ti相转变为到(Al, Si)3Ti和τ1（Al5Ti7Si12）两相，再转变为τ1相。当Si的加入量为9%时，可以获得致密的τ1壳层。Al-5Ti-7Si体系在半固态温度600℃下加热30min时可以获得致密且厚度约为7.6μm的τ1相壳层，即可以获得良好的芯-壳结构增强粒子和理想半固态组织的基体。通过计算，600℃时形成致密τ1相产生的体积膨胀量为180%，小于720℃时生成 Al3Ti相产生的255%体积膨胀量，故600℃形成的τ1壳层致密且不易产生裂纹，且τ1的硬度和弹性模量比 Al3Ti更高，即这种芯-壳结构的粒子不仅具有更好的增强效果，而且还有良好的增韧作用。

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附表索引

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 颗粒增强铝基复合材料

1.3 原位自生Al3Tip/Al基复合材料

1.4 原位自生Al3Tip/Al基复合材料的制备方法

1.5 粉末触变成形技术制备Al3Tip/Al基复合材料

1.6 原位自生芯-壳结构粒子增强的铝基复合材料

1.7 本研究的意义及研究内容

第2章 合金元素对Al-Ti混合粉末冷压块重熔过程中反应热力学的影响

2.1 引言

2.2 计算过程

2.3 计算结果与讨论

2.4 本章小结

第3章 合金元素对Al-Ti混合粉末冷压块重熔过程反应中形成相的影响

3.1 引言

3.2 实验材料和方法

3.3 实验结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 合金元素对Al-Ti混合粉末冷压块重熔过程反应速率以及壳层裂纹形成的影响

4.1 引言

4.2 实验过程

4.3 实验结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 半固态温度下Si元素对Al-Ti混合粉末冷压块部分重熔过程反应的影响

5.1 引言

5.2 实验过程

5.3 实验结果与讨论

5.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文