原位合成Al-Ti金属间化合物增强铝基复合材料制备研究

摘要

能源问题是以后将要面临的一个重要问题。而铝的储量就金属而言位居第一,现广泛应用于建筑、高速列车、航空航天等领域,是实现轻量化的首选材料。
　　 铝基复合材料的开发具有重要意义,其性能可与某些低碳合金钢相媲美,这大大减少了黑色金属的使用,缓解了对黑色金属的依赖。那么复合材料的制备就变得非常重要,用原位制备的复合材料具有生成的增强相尺寸细小、与基体的界面无污染且润湿性好等优点,这是外加增强相所不具备的。但也存在工艺复杂、成本高、基体所含增强相的体积分数有限等问题,这是复合材料的进一步开发与应用的瓶颈。本课题采用搅拌原位合成法来制备TiAl3／7075铝基复合材料。原位生成的TiAl3相具有密度与基体相差不多、与基体的润湿性好且热膨胀率相似等优点。本课题利用稀土Y及超声波处理来增大复合材料中Ti的含量,大幅度提高材料的性能,为扩大复合材料的应用提供思路。研究的内容如下:
　　 通过热力学分析及试验现象确定最佳的反应加入物,建立反应体系的动力学模型,导出其动力学方程,分析影响体系反应速率的因素,即Ti颗粒的起始尺寸、边界层的厚度、扩散系数、体系温度。
　　 研究了不同Ti含量对TiAl3／7075铝基复合材料的组织及性能影响,找出了Ti的最佳加入量,分析了搅拌及保温时间对TiAl3相形貌及分布的影响,以及TiAl3相形貌与Ti含量的关系,分析了TiAl3相形成的机理及影响因素,对复合材料性能变化的规律进行了讨论。研究了稀土Y对复合材料组织的影响,发现稀土Y的加入改变了基体晶粒尺寸、TiAl3相形貌及分布,并对其原因进行了分析,确定了稀土Y对基体及复合材料的最佳加入量。
　　 研究了超声处理对基体及复合材料的组织及性能的影响,分析了超声时间、功率、施振方式对基体组织的影响,确定了制备含Ti量为1～6wt.％复合材料的工艺,分析了超声处理与TiAl3相形貌变化的关系。