基于SHS技术制备原位颗粒增强镁基复合材料

摘要

首次采用Al-Ti-B4C和Mg-B2O3-TiO2体系SHS(Self-propagatingHigh-temperatureSynthesis)制备颗粒增强镁基复合材料。根据不同技术特点，Al-Ti-B4C体系SHS反应制得含有纯铝和陶瓷颗粒的母合金，重熔于镁液后制得原位颗粒增强镁基复合材料；Mg-B2O3-TiO2体系采用直接在镁液中发生热爆反应的“热爆+浇铸”的方法制备了原位颗粒增强镁基复合材料。通过对Al-Ti-B4C和Mg-B2O3-TiO2体系SHS反应的热力学进行分析，可知Al-Ti-B4C体系在Al含量小于60％，Mg-B2O3-TiO2体系中Mg的加入量小于70％时，两种体系的SHS反应都可以自发进行，而且绝热温度随起始温度的升高而升高。Al-Ti-B4C体系可在1200～1500℃的温度下，反应生成TiC和TiB2颗粒。DTA和热爆试验表明，由于Al起催化剂作用，Al-Ti间反应放出的热量，使得Ti-B4C间的反应在一个相对较低的温度条件下发生。Mg-B2O3-TiO2体系的反应可在镁的熔炼温度(＜800℃)下自发进行。Mg-B2O3-TiO2体系内包含了三个放热反应，Mg-B2O3-TiO2反应的温度介于Mg-B2O3和Mg-TiO2两者的反应温度之间。对Mg-B2O3-TiO2体系“热爆+浇铸”工艺的研究表明：搅拌促进颗粒均匀分布；延长混粉时间促进SHS反应；提高预热温度则缩短反应开始时间并促进SHS反应；适当的保温时间有利于形成合适的颗粒形貌。XRD和SEM对两种复合材料进行的微观分析表明，原位颗粒细小(约2μm)，TiC和MgO呈球形，TiB2呈方形。无论拉伸强度还是硬度，这两种复合材料相对基体都有明显的提高。5％Al-Ti-B4C体系制备的复合材料的拉伸强度、硬度分别比基体提高了约24.5％和30％。5％Mg-B2O3-TiO2体系制备的复合材料的拉伸强度、硬度分别比基体提高了约26％和32％。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1项目研究的目的和意义

1.2镁合金的基本特点

1.3镁合金的应用状况

1.3.1在汽车上的应用

1.3.2在电子工业中的应用

1.3.3镁合金在应用中存在的问题

1.4当前镁合金研究的主要方面

1.5内生颗粒增强镁基复合材料

1.5.1内生复合的特点

1.5.2内生颗粒增强镁基复合材料的制备工艺

1.5.3内生颗粒增强镁基复合材料的性能

1.6本文研究的目标及主要内容

1.6.1预期能达到的目标

1.6.2本选题研究的主要内容和重点

第二章试验内容与研究方案

2.1制备体系的选择

2.1.1基体

2.1.2增强相

2.2技术方案

2.3试验步骤

2.4实施方案所需的条件

2.5原材料

2.6复合材料的制备及测试

2.6.1预制块的制备

2.6.2热爆反应

2.6.3反应浇铸

2.6.4测试技术

第三章热爆反应的热力学分析

3.1 SHS反应热力学

3.2 Al-Ti-B4C体系的反应热力学

3.2.1△GT,P的计算

3.2.2绝热温度的计算

3.3 Mg-B2O3-TiO2体系的反应热力学

3.3.1 Mg-B2O3-TiO2体系的Gibbs自由能

3.3.2 B2O3-TiO2-Mg体系的绝热温度

第四章原位TiC和TiB2颗粒增强镁基复合材料

4.1 Al-Ti-B4C体系的DTA分析

4.2微观分析

4.2.1物相分析

4.2.2形貌分析

第五章原位MgO和TiB2颗粒增强镁基复合材料

5.1 Mg-B2O3-TiO2体系的差热分析

5.2 Mg-B2O3-TiO2体系的微观分析

5.2.1 XRD分析

5.2.2 SEM分析

5.3工艺参数的影响

5.3.1搅拌的影响

5.3.2混粉时间的影响

5.3.3预热温度的影响

5.3.4保温时间的影响

第六章镁基复合材料的力学性能

5.1复合材料的抗拉强度及其断口形貌

5.1.1抗拉强度

5.1.2断口形貌

5.2复合材料的硬度

第七章结论与展望

7.1结论

7.2展望

致谢

参考文献

研究生在读期间发表的论文