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原位反应生成TiB2颗粒增强7055基复合材料的制备及其加工的研究

2020-12-09阅读(933)

原位反应生成TiB2颗粒增强7055基复合材料的制备及其加工的研究

论文摘要

本文通过原位反应生成增强颗粒和热加工提高7055合金的综合性能,系统研究了7055Al-K2TiF6-KBF4体系合成TiB2颗粒增强7055基复合材料的机制,分析了复合材料的微结构;研究了微量元素Mg和稀土元素Ce对熔体原位反应的促进作用;并通过电磁搅拌作用细化基体组织和改善陶瓷颗粒在铝基体中的分布,对复合材料采用热挤压、固溶、时效等工艺进一步提高其综合力学性能。采用X-射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）、电子式万能试验机等分析测试手段,分析了稀土合金化7055合金和原位颗粒增强7055基复合材料的微观组织、相组成以及内生颗粒的形貌、大小、分布特征和力学性能。研究结果表明,当反应温度为850℃时,在铝熔体中K2TiF6+KBF4体系可以稳定的生成TiB2颗粒。TiB2颗粒呈明显的六棱短柱状,尺寸大约在0.4～1μm之间。经电磁搅拌处理的7055合金晶粒比未施加电磁搅拌的7055铸态合金明显细化。在电磁搅拌电流和频率分别为150A和4Hz时获得的材料晶粒尺寸最细小;同时,电磁搅拌促进了原位反应的进行,增加了高温铝液和混合盐之间的接触几率,反应界面扩大,使TiB2颗粒的数量增加,分布更加弥散。在原位生成TiB2颗粒增强铝复合材料的制备中,研究了微量的Mg元素和稀土元素对原位反应的促进作用。结果表明:在750℃时添加微量的Mg（0.3wt%）或3wt%稀土中间合金Al-10%Ce可以很好地改善陶瓷颗粒与铝液之间的润湿性,促进界面反应的进行,并抑制TiB2颗粒的偏聚,使颗粒细化。通过对TiB2/7055铸态复合材料450℃均匀化处理,热挤压后480℃固溶60分钟,在120℃时效24小时处理后,网络化的第二相被打乱,晶粒破碎,组织更加均匀致密,并有更加细小密集的第二相析出。经过上述处理的复合材料抗拉强度σb达到630MPa,比相同工艺条件下的7055合金明显提高,伸长率δ为4.0%。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 超高强Al-Zn-Mg-Cu系合金概述
  • 1.2.1 国外超高强Al-Zn-Mg-Cu系合金的发展
  • 1.2.2 国内超高强Al-Zn-Mg-Cu系合金的发展
  • 1.2.3 超高强Al-Zn-Mg-Cu系合金化学元素组成及合金化机理
  • 1.2.4 超高强Al-Zn-Mg-Cu系合金的研究热点
  • 1.3 超高强Al-Zn-Mg-Cu系合金强韧化措施
  • 1.3.1 超高强铝合金的强韧化机理
  • 1.3.2 热加工处理对Al-Zn-Mg-Cu系合金的作用
  • 1.4 原位内生颗粒增强铝基复合材料制备方法
  • 1.4.1 SHS自蔓延高温合成法
  • 1.4.2 DMR熔体直接反应法
  • 1.4.3 VLS气液反应法
  • 1.4.4 LSM混合盐反应法
  • TM放热弥散法'>1.4.5 XDTM放热弥散法
  • 1.4.6 PRIMEX无压浸渗反应法
  • 1.5 外场对制备颗粒增强铝基复合材料的作用
  • 1.5.1 机械搅拌
  • 1.5.2 超声
  • 1.5.3 电磁场
  • 1.6 本课题的研究目的及内容
  • 第二章 实验原材料及方法
  • 2.1 引言
  • 2.2 反应体系的设计
  • 2.2.1 7055基体的选择
  • 2.2.2 反应体系的设计
  • 2.3 电磁场作用原理
  • 2.4 电磁场作用下制备复合材料
  • 2.4.1 实验设备
  • 2/7055复合材料的制备工艺'>2.4.2 电磁场下原位生成TiB2/7055复合材料的制备工艺
  • 2.5 热加工处理工艺
  • 2.6 分析测试方法
  • 2.6.1 金相组织观察
  • 2.6.2 X射线衍射分析
  • 2.6.3 扫描电镜分析
  • 2.6.4 力学性能测试
  • 2/7055Al复合材料的微结构和机制分析'>第三章 原位生成TiB2/7055Al复合材料的微结构和机制分析
  • 3.1 引言
  • 2陶瓷增强体'>3.2 TiB2陶瓷增强体
  • 2的性质特点'>3.2.1 TiB2的性质特点
  • 2增强铝基复合材料的研究现状'>3.2.2 TiB2增强铝基复合材料的研究现状
  • 2TiF6-KBF4体系混合盐法制备TiB2的原理'>3.3 K2TiF6-KBF4体系混合盐法制备TiB2的原理
  • 2TiF6-KBF4体系的热力学计算'>3.3.1 K2TiF6-KBF4体系的热力学计算
  • 2TiF6-KBF4体系的动力学分析'>3.3.2 K2TiF6-KBF4体系的动力学分析
  • 2颗粒增强复合材料组织分析'>3.4 粉末冶金法制备TiB2颗粒增强复合材料组织分析
  • 2颗粒的生成情况'>3.4.1 不同反应时间下TiB2颗粒的生成情况
  • 2颗粒的生成的影响'>3.4.2 混粉研磨预处理对TiB2颗粒的生成的影响
  • 2/7055基复合材料'>3.5 电磁场作用下制备TiB2/7055基复合材料
  • 3.5.1 电磁搅拌作用下7055基体合金的组织形貌
  • 2/7055基复合材料的组织形貌'>3.5.2 电磁搅拌作用下制备TiB2/7055基复合材料的组织形貌
  • 3.6 本章小结
  • 2颗粒生成的影响'>第四章 微量元素对TiB2颗粒生成的影响
  • 4.1 引言
  • 2颗粒微观形貌的影响'>4.2 微量的Mg对TiB2颗粒微观形貌的影响
  • 2颗粒增强复合材料的作用'>4.3 微量稀土元素Ce对TiB2颗粒增强复合材料的作用
  • 2颗粒组织形貌的影响'>4.3.1 稀土元素Ce对TiB2颗粒组织形貌的影响
  • 4.3.2 稀土元素对陶瓷颗粒的作用机理探索
  • 4.4 本章小结
  • 2/7055Al复合材料的影响'>第五章 热加工处理对TiB2/7055Al复合材料的影响
  • 5.1 引言
  • 5.2 均匀化处理对复合材料性能的影响
  • 5.3 热变形处理复合材料性能的影响
  • 5.3.1 挤压热形变过程中的组织变化行为
  • 2/7055Al复合材料组织形貌的影响'>5.3.2 挤压热形变对TiB2/7055Al复合材料组织形貌的影响
  • 2/7055Al复合材料性能分析'>5.4 热加工处理后的TiB2/7055Al复合材料性能分析
  • 2/7055Al复合材料的力学性能'>5.4.1 TiB2/7055Al复合材料的力学性能
  • 2/7055Al复合材料的断口分析'>5.4.2 TiB2/7055Al复合材料的断口分析
  • 5.5 本章小结
  • 第六章 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读硕士学位期间发表或录用的论文

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