原位自生TiB2顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料組織控制.pdf

1、由于微納顆粒增強(qiáng)及良好的界面結(jié)合，原位自生微納TiB2顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械性能。然而，嚴(yán)重的顆粒團(tuán)聚及顆粒形貌難以控制的問(wèn)題導(dǎo)致TiB2/Al微觀組織不可控，嚴(yán)重降低了材料的機(jī)械性能。本論文以實(shí)現(xiàn)微納TiB2/Al微觀組織的可控性為目標(biāo)，系統(tǒng)研究了顆粒分布的控制，顆粒尺寸及形貌的控制及 TiB2增強(qiáng) Al-Si基體復(fù)合材料中顆粒對(duì)初晶Si及共晶Si的變質(zhì)作用。
　　利用楔形銅模試驗(yàn)研究不同冷卻速率下純 Al基體中

2、TiB2顆粒與液固界面前沿相互作用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明顆?；蝾w粒團(tuán)聚體以尺寸100nm為分界分別服從兩個(gè)對(duì)數(shù)正態(tài)分布，且大的顆粒團(tuán)簇被推移到楔形試樣中間區(qū)域，試樣邊緣區(qū)域納米級(jí)小顆?；蛐☆w粒團(tuán)聚體被吞噬。隨后，通過(guò)在鋁熔體中添加不同的合金元素以改善顆粒分布。分別研究了鋁合金中常見(jiàn)合金元素Si，Cu及過(guò)渡金屬元素Nb，Sc對(duì)顆粒分布的影響。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析得到在合金元素的影響下，顆粒的團(tuán)聚現(xiàn)象得到改善，特別是加入Sc后顆粒的團(tuán)聚因子由純鋁中的0.8

3、減小為0.1左右，顆粒分布得到明顯改善。
　　為了控制鋁熔體中TiB2顆粒的形態(tài)，在鋁熔體中分別添加了Si、Cu、V、Nb、Sc，分析了元素單獨(dú)存在時(shí)對(duì)顆粒形貌及生長(zhǎng)機(jī)制的影響。Si優(yōu)先吸附在(101—1)、(112—0)、(12—12)晶面上導(dǎo)致TiB2顆粒具有明顯倒角的六方形貌；Cu吸附在(101—0)面上使顆粒的寬厚比減小；V可以促進(jìn)TiB2顆粒的二維晶核形成；Nb元素與B結(jié)合能力較強(qiáng)，形成產(chǎn)物NbB2可作為T(mén)iB2的有效形

4、核基底；在Al-Sc體系中,制備得近球形TiB2增強(qiáng)Al復(fù)合材料，通過(guò)調(diào)節(jié)元素添加量可控制顆粒的形態(tài)，顆粒形貌的轉(zhuǎn)變歸因于合金元素在TiB2不同晶面上的優(yōu)先吸附。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 TiB2在 Al熔體中主要存在兩種生長(zhǎng)方式：二維形核與三維長(zhǎng)大方式，前者主要存在Al，Al-Cu和Al-V基體中，后者主要存在于Al-Sc基體中。同時(shí)研究了在常見(jiàn)合金基體中多種合金元素對(duì)顆粒形態(tài)的協(xié)同作用。
　　系統(tǒng)分析了TiB2增強(qiáng)Al-Si復(fù)合材料中，顆

5、粒對(duì)初晶Si及共晶Si的變質(zhì)作用，并初步分析了TiB2顆粒對(duì)初晶Si及共晶Si的變質(zhì)機(jī)理。TiB2/Al-Si中初晶Si的尺寸由25μm減小到5μm，幾個(gè)原子層厚度的C54-TiSi2存在于TiB2與Si之間時(shí)TiB2可作為初晶Si的有效形核基底；TiB2對(duì)于共晶Si的變質(zhì)作用體現(xiàn)在納米級(jí)TiB2顆粒依附于共晶Si表面阻礙其繼續(xù)生長(zhǎng)。通過(guò)ZL109合金，TiB2/ZL109復(fù)合材料及P變質(zhì)后TiB2/ZL109的高溫力學(xué)性能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)T