原位Al3Ti顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備及力學(xué)性能研究.pdf

1、本文采用Al-Ti體系熔體原位反應(yīng)法制備了Al3Ti顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。通過吉布斯自由能計算,對Al-Ti體系的反應(yīng)熱力學(xué)進(jìn)行了分析；利用OM、SEM、XRD、EDS等分析手段分析了所制備復(fù)合材料的凝固組織。研究了制備工藝因數(shù)(如反應(yīng)溫度、澆注溫度和稀土元素Ce等)對Al3Ti／Al復(fù)合材料顯微組織的影響；觀察了高能超聲作用下原位合成Al3Ti／Al、Al3Ti／A356復(fù)合材料的顯微組織和分析了超聲的作用機(jī)制；采用稀土元素Ce對A3

2、56基體進(jìn)行合金化,并對A356基體及其復(fù)合材料進(jìn)行T6熱處理；測試了復(fù)合材料的力學(xué)性能,分析了強(qiáng)化機(jī)制。
　　 熱力學(xué)計算結(jié)果表明,本文中Al-Ti體系的最終產(chǎn)物是Al3Ti。通過優(yōu)化制備工藝因數(shù)發(fā)現(xiàn)制備Al3Ti／Al復(fù)合材料的最佳工藝為:在900℃時,先加入占熔體0.3 wt.％的稀土元素Ce,再加入Ti占熔體1wt.％的鈦劑,攪拌充分后保溫15min,然后900℃直接澆注制備Al3Ti／Al復(fù)合材料,Al3Ti呈短棒狀和

3、小塊狀,長度在10μm左右且在基體上分布比較均勻。在強(qiáng)度為1.2KW的超聲作用下原位生成的Al3Ti／Al復(fù)合材料中,得到最佳作用時間為5min左右,增強(qiáng)相Al3Ti呈短棒狀,長度在10μm以下。在相同超聲強(qiáng)度和作用時間制備的Al3Ti／A356復(fù)合材料中,Al3Ti呈小塊狀,尺寸也在10μm以下。超聲對熔體反應(yīng)法制備Al3Ti顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的作用機(jī)制主要是超聲波的聲空化效應(yīng)和聲流作用的綜合作用,使得Al3Ti顆粒變得細(xì)小。對A3

4、56基體和Al3Ti／A356復(fù)合材料進(jìn)行T6工藝熱處理,鑄態(tài)組織中粗大的針片狀共晶Si變成了球粒狀,但是Al3Ti的尺寸和形貌基本沒有發(fā)生變化。
　　 力學(xué)性能測試結(jié)果表明:復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度較基體有顯著的提高。其中,同時加入稀土元素Ce和超聲作用下Al3Ti／Al復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度為120MPa,較純鋁基體的90MPa提高了33.3％；伸長率僅為12.5％,較純鋁基體的15.0％下降了16.7％。Al3Ti／A356復(fù)合材料