金属基原位(In Situ)复合材料的研究现状及发展趋势(上)

综述了国内外制造金属基复合材料的各种原位反应合成工艺及其基本原理和特点，并讨论了存在的相关问题和今后的发展方向。  

化学成分对原位TiCp/Fe复合材料组织和性能的影响

系统地研究了化学成分对原位ＴｉＣｐ／Ｆｅ复合材料组织和性能的影响，并确定了该材料的最佳化学成分。结果表明：Ｔｉ是影响复合材料组织中ＴｉＣ颗粒形核率的关键因素，而Ｃ主要影响组织中ＴｉＣ颗粒的尺寸；在合金熔体中，加入一定量的Ｓｉ有利于ＴｉＣ颗粒的形成，而Ｍｎ主要用来细化珠光体基体。  

原位TiC颗粒增强铁基复合材料及其组织形成机理

研究了反应铸造工艺制备的原位ＴｉＣｐ／Ｆｅ复合材料的组织和性能，并探讨了复合材料的组织机理。结果表明：原位合成的ＴｉＣ颗粒尺寸细小（４．４８μｍ）、数目多（２１６９个／ｍｍ＾２）且在珠光体基体中分布均匀；ＴｉＣ颗粒与基体的界面干净，无间隙和界面反应产物生成。这些组织特点使所制备的复合材料具有如下平均性能；硬度ＨＲＣ＝４２，。冲击韧性αｋ＝８．６Ｊ／ｃｍ＾２，抗拉强度σｂ＝４２２ＭＰａ，延伸率δ＝１  

铝熔体中原位反应生成TiB2颗粒的机制

借助X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）分析了铝熔体中原位反应生成TIB2颗粒的机制结果表明：（1）形成Al3Ti放出的热量是引发后续TiB2反应的原因之一；（2）在铝熔体中原位反应生成TiB2颗粒时存在扩散机制和溶解-析出机制；（3）理论计算和实验结果都表明预制块中的Al含量显著影响TiB2颗粒的生成机制,当Al的摩尔分数大于43．5％时，反应过程中TiB2颗粒按扩散机制生成，颗粒近似呈球形当Al的摩尔分数小于43．5％时，部分TiB2颗粒按溶解-析出机制生成，颗粒呈方形或多边形在方形和多边形TiB2颗粒上观察到了明显的生长台阶  

原位反应纳米TiB2/Cu复合材料的制备和微结构

利用原位反应技术 ,通过控制反应物B2 O3 和石墨的含量制备了原位生长纳米TiB2 增强Cu基复合材料。用XRD ,EDS ,TEM对TiB2 /Cu原位复合材料进行微结构分析 ,研究表明铜基体中弥散分布着 5 0nm的TiB2颗粒 ,并对Cu基体有良好的增强作用。  

硅对Mg2Si/ZM5复合材料组织和性能的影响

在真空感应炉中氩气保护下制备材料，采用OM，SEM，EDAX和XRD及拉伸试验，研究分析了硅对原位反应自生Mg2Si/ZM5复合材料铸态显微组织和性能的影响规律。结果表明，反应添加物Si在ZM5合金中形成了高熔点、高硬度的Mg2Si强化相，明显地提高了材料的室温与高温强度，如Si的质量分数为1.5％时，室温抗拉强度与屈服强度提高幅度分别可达20.1％和61.5％，Si的质量分数为1.0％时，高温抗拉强度与屈服强度提高幅度分别可达14.9％和25.7％；Mg2Si相的形貌随着硅含量的不同而变化，如Si的质量分数为0.5％时，主要生成细小短棒状或片状共晶Mg2Si相，Si的质量分数大于1％时，则出现了粗大块状或汉字状初生Mg2Si相和片状或短棒状的共晶Mg2Si相；由于所生成的Mg2Si相本身是一种脆性相，使得该材料呈现出解理断裂，降低了材料的塑性。  

原位AlN-TiC粒子增强铝基复合材料

在真空感应炉中，900-1200℃，以合适的方位将含N，C原子的气体注入熔融的含Ti等的铝合金中，直接原位反应生成0．2-1．2μm的AlN和2-5μm的TiC粒子，均布于铝合金基体中，制成性能优异的复合材料，本工艺具有增强颗粒生成速度快的特点。  

Fe—Ti—C熔体中TiC颗粒的原位合成及长大过程研究

本文研究了Ｆｅ－Ｔｉ－Ｃ合金溶体中原位ＴｉＣ颗粒的形成过程。结果表明：在合金熔体的等温过程中，Ｔｉ和Ｃ原子首先不断反应合成ＴｉＣ颗粒，址对生成的ＴｉＣ与熔体达到不平衡；然后，ＴｉＣ颗粒按照小颗粒不断溶解。大颗粒相应在粗化的模式而长大。其中，ＴｉＣ颗粒的合成过程又可进一步分为ＴｉＣ晶核的形成和长大两个阶段越长，本中ＴｉＣ颗粒的数目越多，尺寸越小，而当ＴｉＣ的合成反应平衡后，如继续延长等温时间，则熔体  

原位合成TiC／Ti基复合材料增强体的生长机制

利用Ｔｉ与Ｃ之间的自蔓延高温合成反应，经非自耦电弧熔炼工艺制备了ＴｉＣ增强的Ｔｉ基复合材料。借助Ｘ射线衍射和光学金相显微镜分析了复合材料的物相和增强体的形态，结果表明，复合材料由ＴｉＣ增强体和基体Ｔｉ合金组成。  

原位反应自生MgO/Mg2Si增强镁基复合材料的热力学和动力学研究

对SiO2与Mg反应的热力学分析计算，在Mg的熔化温度范围内，Mg与SiO2反应生成MgO和Mg2Si。通过真空感应炉中氩气保护，在纯Mg熔体中加入SiO2原位反应自生MgO／Mg2Si增强镁基复合材料，并采用XRD、OM、ESEM、EDAX等对反应生成相的种类、形态、大小和分布等进行研究。结果表明：800℃在Mg中加入SiO2可原位反应生成Mg2Si和MgO增强相，Mg2Si为多角形和细条状，在Mg基体中分布均匀；MgO为细小的粒子状，在熔体中分布不均匀，大多则是聚集在坩蜗底部；机械搅拌可有效削弱反应添加物SiO2的动力学沉降过程，改善原住反应的动力学条件，促使反应生成的MgO在熔体中分布均匀.初步建立起SiO2与Mg反应的宏观动力学模型。