TiC颗粒增强Al-4.5Cu原位复合材料的研究

摘要

本文将Al-Ti-C粉末压制成预制块，在高温烧结研究其反应产物，为复合材料的制备选择合适的原位反应工艺参数；然后采用接触反应法，使Al-Ti-C粉末预制块在铸造Al-4．5Cu熔体中反应，制备出TiC颗粒增强复合材料，研究其拉伸性能和显微组织，并考察微量元素Mg对复合材料的微观结构以及力学性能的影响。 实验结果表明，Al-Ti-C粉末体系在775℃生成TiAl3，放出的热量使体系温度急剧升高，发生自蔓延反应，1000℃时完全转变为TiC颗粒。预制块中Al的加入降低了Ti和C的反应温度，加速了TiC颗粒的形成。复合材料的力学性能测试结果表明：当熔体温度为1000℃，预制块加入量为5wt．%时（其中预制块中Al含量为10wt．%），复合材料的拉伸性能较优，抗拉强度最高可达到411．622MPa，较基体提高了63%；复合材料的延伸率延伸率最高可达12．3%，较基体提高了296．8%。观察其显微组织发现，TiC与基体界面结合很好，且弥散分布，颗粒平均尺寸约0．1μm；TiC颗粒作为α-Al非均质形核的良好基底，对强化基体有重要的作用。 当复合材料中添加Mg（0．5wt．%-1．5 wt．%），其抗拉强度和硬度随着Mg含量的增加而提高，但延伸率有所降低。Mg含量为1．5wt．%时试样的拉伸性能较好，抗拉强度达到483．9MPa，延伸率达到10．1%。由于Mg的氧化放热反应使系统的能量急剧增大，局部的高温加速Al-Ti之间的反应，促使TiC的生成更易于进行；少量Mg固溶于α-Al中，可以阻碍TiC颗粒的长大，得到的TiC颗粒细小，且弥散分布。对复合材料强韧化机制进行分析，结果表明：颗粒弥散强化和位错增殖强化是TiC颗粒增强Al-4．5Cu的主要强化途径。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号表

声明

1绪论

1.1引言

1.2原位增强金属基复合材料的特点

1.3原位反应合成金属基复合材料的研究热点

1.3.1颗粒增强铝基复合材料的凝固研究

1.3.2铝基复合材料中原位反应生成的增强相

1.4原位增强铝基复合材料的制备技术

1.4.1自蔓延高温合成

1.4.2 XD法

1.4.3接触反应法

1.4.4混合盐反应法

1.4.5机械合金化

1.4.6反应浸渗

1.4.7 VLS法

1.5原位生成TiC/Al复合材料的研究现状

1.6课题意义与研究的主要内容

1.6.1研究的目的和意义

1.6.2研究内容

2 Al-Ti-C体系热力学分析

2.1引言

2.2热力学判据

2.3 DTA分析

2.4分析与讨论

2.5 小结

3烧结Al-Ti-C粉末预制块的研究

3.1引言

3.2工艺参数的选择

3.2.1烧结温度的选择

3.2.2 Ti、C比例的选择

3.3试验原材料及设备

3.4试验过程

3.5微观分析

3.5.1形貌分析

3.5.2 X-ray分析

3.5.3 SEM分析

3.6分析与讨论

3.7本章小结

4原位TiC/Al-4.5Cu复合材料组织及力学性能研究

4.1引言

4.2制备体系的选择

4.2.1基体材料的选择

4.2.2增强相的选择

4.2.3预制块加入量及熔体温度的选择

4.2.4复合材料制备方法的选择

4.3试验原材料及设备

4.3.1原材料

4.3.2试验设备

4.4试验过程

4.4.1复合材料的制备

4.4.2力学性能测试

4.4.3金相试样的制备

4.4.4 XRD分析

4.4.5 SEM和EDS分析

4.5试验结果及分析

4.5.1力学性能分析

4.5.2拉伸断口分析

4.5.3显微组织分析

4.5.4 TiC/Al-4.5Cu复合材料的物相组成

4.6Al-Ti-C预制块在熔体中的反应

4.7本章小结

5 Mg在制备TiC/Al-4.5Cu原位复合材料中的作用

5.1引言

5.2原材料

5.3工艺流程

5.4试验结果及分析

5.4.1力学性能分析

5.4.2拉伸断口分析

5.4.3显微组织分析

5.4.4复合材料的显微硬度分析

5.5分析与讨论

5.6本章小结

6增强相的结构分析

6.1引言

6.2试验原理及方法

6.2.1试验原理

6.2.2试验方法

6.3试验结果及分析

6.3.1增强相的TEM形貌分析

6.3.2增强相结构的分析

6.3.3 TiC颗粒增强机理分析

6.3.4强韧化机制讨论

6.4 小 结

7结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢