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原位合成Al基复合材料制备工艺研究

2020-12-08阅读(442)

原位合成Al基复合材料制备工艺研究

论文摘要

本文采用原位合成技术制备颗粒增强的铝基复合材料。使用两种不同反应物,一种是氧化物（TiO2和B2O3粉）,另一种是盐类（KBF4和K2TiF6粉）,在ZL102合金中原位反应制备出颗粒增强的复合材料。研究了不同制备工艺参数对增强颗粒的影响,给出用两种不同反应物制备颗粒增强铝基复合材料的理想工艺,比较了两种不同反应物合成的铝基复合材料中增强颗粒的组织形貌,并对铝基原位复合材料的增强相合理选择、增强相形成热力学、动力学及强化机制等进行了分析研究。采用电子探针对颗粒增强ZL102原位复合材料中增强相形貌、结构和分布进行了研究,测试了颗粒增强ZL102原位复合材料的硬度,并借助金相显微镜、扫描电镜,XRD等测试方法对显微组织进行表征,获得的主要结果如下:（1）实验表明:由反应物TiO2和B2O3粉原位制备ZL102复合材料理想的工艺参数为:反应混合物以压坯形态加入,加入反应物量为15%,反应温度为900℃,反应时间为20 min,外加较大的搅拌强度。（2）实验表明:由反应物KBF4和K2TiF6粉原位制备ZL102复合材料理想的工艺参数为:加入能生成1%TiB2的KBF4和K2TiF6,反应温度为1000℃,反应时间为10 min。（3）实验表明:利用Al-TiO2-B2O3体系可以原位制备颗粒增强的铝基复合材料,合成的复合材料硬度比ZL102提高37.3%。利用KFB4和K2TiF6的混合粉末原位制备的（TiB2+Al3Ti）/ZL102复合材料硬度比ZL102提高60.3%。（4）金相显微组织分析表明:原位制备的ZL102复合材料中α-Al枝晶晶粒尺寸比ZL102明显细化,原位复合材料中的共晶硅尺寸也比基体中的硅细小。（5）EPMA分析表明:原位复合材料中TiB2增强相为粒状,Al2O3增强相为冰糖状,Al3Ti增强相为长棒状,这些原位合成的增强相颗粒细小且均匀分布于α-Al基体中,且与α-Al的界面结合良好,对基体具有显著的细晶强化效果。（6）颗粒增强原位铝基复合材料的强化机制主要是细晶强化、弥散强化和位错强化等。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 绪论
  • 1.1 复合材料概述
  • 1.1.1 复合材料的定义和分类
  • 1.1.2 金属基复合材料的分类和基本性能
  • 1.1.3 金属基复合材料的制备方法
  • 1.2 金属基原位复合材料的概述
  • 1.2.1 原位复合材料的定义
  • 1.2.2 金属基原位复合材料的特点
  • 1.2.3 金属基原位复合材料的制备方法
  • 1.2.4 金属基原位复合材料的研究趋势与展望
  • 1.3 颗粒增强金属基复合材料概述
  • 1.3.1 颗粒增强金属基复合材料
  • 1.3.2 PRMMC的组成
  • 1.3.3 PRMMC基体的选择
  • 1.3.4 PRMMC增强体的选择
  • 1.4 颗粒增强铝基复合材料
  • 1.4.1 颗粒增强铝基原位复合材料的优点
  • 1.4.2 颗粒增强铝基原位复合材料的制备特点
  • 1.4.3 颗粒增强铝基原位复合材料的增强体
  • 1.4.4 颗粒增强铝基原位复合材料的应用
  • 1.5 课题的研究意义及研究内容
  • 1.5.1 研究意义
  • 1.5.2 研究内容
  • 第2章 颗粒增强铝基原位复合材料的制备
  • 2.1 实验材料
  • 2.2 实验设备
  • 2.2.1 熔炼浇注设备
  • 2.2.2 预处理设备
  • 2.2.3 制样设备和力学性能检测设备
  • 2.2.4 显微分析设备
  • 2.3 实验原理
  • 2.4 实验过程
  • 2+Al2O3）增强铝基复合材料的制备过程'>2.4.1 （TiB2+Al2O3）增强铝基复合材料的制备过程
  • 2+Al3Ti）增强铝基复合材料的制备过程'>2.4.2 （TiB2+Al3Ti）增强铝基复合材料的制备过程
  • 2.5 工艺参数分析设计
  • 2.5.1 球磨时间
  • 2.5.2 压坯预紧实度
  • 2.5.3 反应加入物
  • 2.5.4 反应温度
  • 2.5.5 反应时间
  • 2.5.6 搅拌强度
  • 2.6 小结
  • 第3章 热力学原理及转变动力学
  • 3.1 引言
  • 3.2 增强体形成热力学
  • 3.2.1 吉布斯函数判据
  • 3.2.2 增强体形成热力学
  • 3.3 增强体形成动力学
  • 3.4 小结
  • 第4章 复合材料组织与增强机制分析
  • 2O3+TiB2）/ZL102的组织分析'>4.1 （Al2O3+TiB2）/ZL102的组织分析
  • 2O3+TiB2）/ZL102制备工艺参数分析'>4.2 （Al2O3+TiB2）/ZL102制备工艺参数分析
  • 4.2.1 反应加入物
  • 4.2.2 反应时间
  • 4.2.3 反应温度
  • 4.2.4 反应加入物的形态
  • 4.2.5 搅拌强度
  • 4.3 双相颗粒增强合金与单一颗粒增强合金的显微组织比较
  • 2O3+TiB2）/ZL102增强机制分析'>4.4 （Al2O3+TiB2）/ZL102增强机制分析
  • 4.4.1 布氏硬度测试
  • 2O3+TiB2）/ZL102增强原理'>4.4.2 （Al2O3+TiB2）/ZL102增强原理
  • 2+Al3Ti）/ZL102的组织分析'>4.5 （TiB2+Al3Ti）/ZL102的组织分析
  • 2+Al3Ti）/ZL102制备工艺参数分析'>4.6 （TiB2+Al3Ti）/ZL102制备工艺参数分析
  • 2+Al3Ti）/ZL102增强机制分析'>4.7 （TiB2+Al3Ti）/ZL102增强机制分析
  • 4.7.1 布氏硬度测试
  • 2+Al3Ti）/ZL102增强原理'>4.7.2 （TiB2+Al3Ti）/ZL102增强原理
  • 2O3+TiB2）/ZL102与（TiB2+Al3Ti）/ZL102的对比'>4.8 （Al2O3+TiB2）/ZL102与（TiB2+Al3Ti）/ZL102的对比
  • 4.9 本章小结
  • 综合分析
  • 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

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