原位Al/TiB2复合材料制备及组织性能研究

摘要

原位Al/TiB2复合材料因其具有高的比强度、优良的热稳定性，可广泛应用在航空航天、电子、汽车等工业中，因此一直备受研究人员关注。在原位Al/TiB2复合材料的诸多制备方法中，目前应用最广泛的是氟盐反应法。
　　本文主要研究了氟盐的不同加入顺序以及加入方式对制备Al/TiB2复合材料组织的影响，探讨原位TiB2颗粒的形成过程。并进一步制备了Al-Si/TiB2复合材料，讨论TiB2颗粒与初生α-Al、共晶Si之间的相互影响;在不同的反应温度、保温时间及搅拌工艺条件下，所制得的复合材料的微观组织大不相同，因而具有迥异的综合性能，借助平行试验的方法来获得常规氟盐反应法的最佳工艺参数，讨论工艺条件对复合材料Ti、B收成率以及组织性能的影响。
　　将两种氟盐K2TiF6与KBF4以混合均匀的粉末状加入到熔体中，可以获得理想的Al/TiB2复合材料，而且TiB2的收成率最高。块状形式加入虽然可以促进反应，但TiB2颗粒团聚严重。制备Al-Si复合材料微观组织表明内生的TiB2颗粒可以细化、优化共晶Si，使得共晶Si形貌转变为等轴状。Si与TiB2颗粒的相互作用可以降低TiB2的尺寸，当Si含量达到10％时，TiB2颗粒尺寸由1μm以上降到0.5μm以下。
　　采用优化的混合盐反应法制备TiB2颗粒增强铝基复合材料。结果表明:850℃就可以使原位反应很顺利的进行，保温60分钟可以制备拉伸性能良好的Al/TiB2复合材料，反应过程中施加搅拌降低了复合材料的机械性能。提高搅拌速率可以使聚集的TiB2颗粒分散开来，但同样也使Ti、B的收成率降低。采用优化的混合盐反应法制备的Al-5TiB2复合材料抗拉强度与铝基体相比提高了161％，而延伸率也没有降低。
　　初步研究了预球磨法来减小Al/TiB2复合材料中自生TiB2增强相的尺寸，获得满足Orowan强化机制（小于500 nm）的增强相颗粒。并且讨论了球磨和烧结过程对Al/TiB2复合材料中原位生成的TiB2颗粒大小的影响，经过预球磨法制备的具有亚微米级甚至是纳米级增强相的铝基复合材料性能有了极大的提高。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 TiB2颗粒增强铝基复合材料

1．2 Al／TiB2复合材料制备方法

1．3 金属基复合材料存在的主要问题及研究现状

1．3．1 存在主要问题

1．3．2 颗粒增强复合材料国内外研究进展

1．4 课题研究目的及主要内容

2 不同加料顺序与方式对制备Al／TiB2复合材料的影响

2．1 实验原理及方法

2．1．1 实验设备、材料以及研究方法

2．1．2 实验流程

2．2 K2TiF6与KBF4的不同加入顺序与加料方式对制备复合材料的影响

2．2．1 K2TiF6与KBF4不同加入顺序对制备复合材料的影响

2．2．2 K2TiF6与KBF4混合盐不同的加料形式对制备复合材料的影响

2．2．3 TiB2颗粒的形成过程

2．3 Al-Si基复合材料的制备及微观组织

2．4 本章小结

3 反应工艺对Al／TiB2复合材料Ti、B收成率以及组织性能影响

3．1 实验原理及方法

3．2 保温时间对Al／TiB2复合材料影响

3．3 反应温度对Al／TiB2复合材料影响

3．4 反应过程中施加搅拌对Al／TiB2复合材料影响

3．5 熔体浇铸前搅拌速率对Al／TiB2复合材料影响

3．6 原位制备的Al／TiB2复合材料断口形貌分析

3．7 本章小结

4 预球磨法制备原位纳米TiB2增强Al基复合材料

4．1 试验工艺流程

4．2 试验原理

4．3 预球磨法制备复合材料的组织及性能

4．4 本章小结

5 展望

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢