自蔓延高温合成+铸造法制备TiC/A1基复合材料研究

摘要

该文用自蔓延高温合成(SHS)技术中的热爆合成法,分别选用两个系列成分的Ti-C-Al系(Ti/C=1/1和Ti/C=1/1.2),成功制备了不同铝含量的Al-TiC中间合金.XRD衍射分析表明,在Ti/C=1/1时,生成的Al-TiC合金中除了Al基体和TiC颗粒外,还含有中间产物Al<,3>Ti相.而在Ti/C=1/1.2时,中间合金中基本上消除Al<,3>Ti相,并且不存在Al<,4>C<,3>相等其它中间产物,最终产物由Al和TiC两相组成.其中,TiC颗粒的大小在0.1μm-4.0μm之间.研究还发现,随着中间合金中Al含量的增加,TiC颗粒平均尺寸逐渐减小、圆整度提高,且自蔓延反应的最高温度逐渐降低.热力学讨论表明,Ti-C-Al系中自蔓延高温合成TiC的合成机理为:Ti与Al反应形成Ti与Al的化合物,所放出的大量热量诱发了Ti与C的放热反应,同时反应块中的C又和Ti与Al的化合物发生置换反应,生成了TiC.以上述Al-TiC合金作为中间合金,该文研制了以LD10(美国牌号:2014)为基体,加入3Vol％TiC颗粒增强的复合材料.该文系统研究了复合材料的显微组织、力学性能和耐磨损性能.金相分析表明,复合材料中TiC颗粒分布较为均匀,与基体结合良好,从而形成了典型的软基体加硬质点的耐磨组织.部分聚集的TiC颗粒团经过热形变后,颗粒分布趋于均匀.室温和高温力学性能测试表明,TiC颗粒的加入,没有明显提高基体的室温强度,但是降低了复合材料的塑性;TiC颗粒的大小对复合材料的室温力学性能影响不大;TiC颗粒的加入,明显地提高基体的高温强度;TiC颗粒的大小对复合材料的高温力学性能有复杂的影响.SEM分析表明,该文研制的TiC/LD10复合材料的拉伸试样断口均为韧窝型断口;AlMnFeSi相和含氯化合物极大地降低了复合材料的塑性.熔炼工艺的改进提高了复合材料的力学性能.系列的磨损试验表明,该文制备的复合材料具有极其优异的耐磨损性能,其耐磨损性能远优于基体,比高强度耐磨黄铜高一个数量级.有望成为新型耐磨材料.磨损面微观分析表明,复合材料的磨损机制为粘着磨损和磨粒磨损共同作用机制.