热历史及Ti/C比对铝熔体反应合成TiC形貌特征的影响

摘要

本文利用光学显微镜(OM)、电子探针显微分析仪(EPMA)、X射线衍射仪(XRD)及场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)等测试手段研究了热历史以及Ti/C比对铝熔体反应合成TiC形貌特征的影响。通过分析不同热历史和Ti/C比条件下制备的Al-Ti-C中间合金中TiC形貌和尺寸的差异，分析探讨了TiC形貌特征的影响规律，并对不同尺寸的TiC粒子的形核能力进行了研究。
　　 研究表明，不同热历史条件下制备的TiC尺寸存在明显差异。
　　 熔体的最高温度为1300℃，在以下两种热历史条件制备的TiC形貌和尺寸相同。(1)连续升高温度至1300℃后保温15min;(2)连续升温至1100℃保温15min，然后升温至1300℃，保温15min。在上述两种条件下，TiC粒子尺寸分布均匀，大小基本一致，为较小的块状，尺寸都在1.5μm左右。
　　 熔体的最高温度为1500℃，在以下三种热历史条件下制备的TiC形貌和尺寸不同。(1)连续升高温度至1500℃保温15min，此时TiC尺寸分布不均匀，大的粒子为板片状，尺寸大约在10.0μm左右，最小的粒子尺寸在1.5μm左右，形貌为块状；(2)连续升高温度至1300℃保温15min，然后升高温度到1500℃保温15min，在此条件下，TiC尺寸分布比较均匀，平均尺寸在1.5μm左右，大多数为块状；(3)连续升高温度至1400℃保温15min，然后升高温度至1500℃保温15min，在此条件下，TiC尺寸分布不均匀，大的粒子为板片状，尺寸大约在5.0μm左右，最小的粒子尺寸在1.5μm左右，形貌为块状。因此，当最高温度为1500℃时，先将温度连续升高至1300℃保温15min，然后升高至1500℃保温15min的条件下合成的TiC形貌和尺寸分布最好。
　　 通过铝熔体反应法合成的TiC粒子，不同Ti/C比条件下制备的TiC粒子形貌和尺寸不同。Ti/C比为12.5：1时，TiC粒子的尺寸在1.5μm左右，为多面体形貌；Ti/C比为4:1时，TiC粒子的尺寸在1.0μm左右，形貌为不规则多面体；Ti/C比为2.5：1时，TiC粒子尺寸在1.0～1.5μm之间，呈不规则多面体形貌。
　　 粒子尺寸对TiC粒子的形核能力有一定的影响，粒子尺寸在1.5μm左右的TiC粒子形核能力最好，当加入0.2％含有此种粒子的Al-5Ti-0.25C中间合金时，α-Al晶粒尺寸变为415μm左右；当粒子尺寸增大到5.0μm左右时，加入0.2％含有此种粒子的Al-5Ti-0.25C中间合金细化后，工业纯铝的晶粒尺寸为470μm左右；粒子尺寸在10.0μm左右的TiC粒子的细化能力最差，加入0.2％含有此种粒子的Al-5Ti-0.25C中间合金细化后，工业纯铝的晶粒尺寸为485μm;而当TiC粒子尺寸在0.1～0.2μm之间时，加入0.2％含有此种粒子的Al-5Ti-0.25C中间合金细化后，工业纯铝的晶粒尺寸为425μm。