电磁搅拌法合成(Al2O3+Al3Zr)p/A356复合材料的凝固组织

在电磁搅拌作用下用A356-Zr（CO3）2组元通过熔体反应法原位合成了Al2O3、Al3Zr颗粒增强铝基复合材料，扫描电镜观察试样凝固组织发现：复合材料中内生增强颗粒粒度为1～3μm，并随着搅拌强度的增加，增强颗粒在基体中的体积分数和弥散度显著提高，原因是电磁搅拌促进了传热和传质扩散，改善了原位合成动力学条件；同时Si相形貌由片状初晶硅向针状、细棒状共晶Si转变，随搅拌强度的增加硅相变质，这是电磁搅拌和内生颗粒共同作用的结果。     

低频交变电磁场对(Al2O3+Al3Zr)p/Al复合材料凝固组织和干滑动磨损性能影响

在低频交变电磁场条件下,研究了Al-Zr(CO3)2组元通过熔体反应法原位合成的Al2O3、Al3Zr颗粒增强铝基复合材料,结果表明:外加低频交变电磁场能够有效地改善反应动力学条件,对固液两相反应的传质和扩散起到了很好的促进作用,凝固组织中增强相颗粒在铝基体中的体积分数增加,分布弥散均匀.复合材料干滑动磨损机制是磨粒磨损,磨损量31.7 mg,比未加电磁场时的磨损量下降了46.1%,耐磨性提高.     

低频交变电磁场对（Al2O3＋Al2Zr）p／Al复合材料凝固组织和干滑动磨损性能影响

在低频交变电磁场条件下,研究了Al-Zr(CO3)2组元通过熔体反应法原位合成的Al2O3、Al3Zr颗粒增强铝基复合材料,结果表明：外加低频交变电磁场能够有效地改善反应动力学条件,对固液两相反应的传质和扩散起到了很好的促进作用,凝固组织中增强相颗粒在铝基体中的体积分数增加,分布弥散均匀。复合材料干滑动罾损机制是磨粒磨损,磨损量31．7mg,比未加电磁场时的磨损量下降了46．1％,耐磨性提高。     

熔铸-原位合成TiC/7075Al复合材料的微观组织和凝固机制

采用熔铸-原位合成法制备了TiC/7075Al复合材料并对其微观组织和凝固机制进行了研究。原位合成复合材料中的TiC颗粒以近球形为主,平均尺寸小于700 nm。随着TiC颗粒含量的增加,复合材料的晶粒尺寸明显减小,当TiC颗粒含量为8wt%时,基体晶粒尺寸可以减小至10μm左右。熔体反应过程中,随着TiC增强相颗粒含量的增加,凝固前沿的流体的粘度增加,降低了TiC颗粒的临界裹入速度,同样在反应时降低温度将增加熔体的粘度,有利于TiC颗粒的裹入。     

挤压铸造颗粒增强铝基复合材料的凝固组织

用Al-ZrOCl2组元通过熔体直接反应法原位合成了Al3Zr和Al2O3颗粒增强铝基复合材料，在720℃时进行常规浇注和挤压成形试验，SEM观察凝固组织显示挤压试样晶粒细小，没有明显的缩孔疏松等浇注缺陷，因为挤压铸造是在高压下的结晶凝固和塑性变形，是强制补缩一密实两过程的复合，外加压力提供的膨胀能增加了形核率，这有利于提高复合材料的综合力学性能和耐磨性。     

添加NH_4AlO（OH）HCO_3原位生成Al_2O_3/Al复合材料的制备及其性能

碳酸铝铵与熔融的铝液反应原位生成颗粒增强铝基复合材料,对复合材料的力学性能和摩擦磨损行为进行研究。结果表明：在搅拌的铝熔体中碳酸铝铵发生分解反应生成γ-Al2O3;该原位反应的增强颗粒比直接添加的Al2O3在铝熔体中分布得更均匀;复合材料的密度和硬度随着增强相加入量的增加而提高,而强度则随着增强相加入量的增加而降低;磨损率随着增强相加入量的增加和载荷的增加而提高;原位反应生成的复合材料的力学性能和耐磨性明显优于直接添加Al2O3颗粒形成的复合材料的。     

颗粒增强铝基复合材料的电磁连铸研究

用原位反应合成法制备(Al2O3 Al3Zr)p/Al颗粒增强铝基复合材料,在半连铸过程施加低频交变电磁场进行搅拌,改善增强颗粒在基体内的分布状态,并在结晶器初始凝固区域施加高频电磁场实现软接触连铸以改善铸坯的表面质量.SEM分析显示:施加电磁搅拌后凝固组织致密,颗粒增强相的数量增加,颗粒细化、分布趋于均匀.施加的高频磁场使得单纯使用电磁搅拌产生的表面粗糙现象消失,铸坯表面质量显著改善.     

原位Al2O3颗粒增强ADC12复合材料的制备与组织的研究

将Al粉和B2O3粉球磨并压制成预制块,然后破碎成混合粉末加入ADC12铝熔体,采用高能超声—熔体直接反应法,并在585℃保温15 min制备了Al2O3颗粒增强ADC12复合材料.用XRD、SEM及EDS分析第二相的分布、形貌以及成分,用金相显微镜分析复合材料的半固态组织.结果表明:利用Al-B2O3体系制备了原位Al2O3颗粒增强ADC12复合材料,生成的Fe2B减少了复合材料中的杂质Fe,复合材料半固态组织细小、均匀、圆整,且硬度随着加入的混合粉末的质量分数的增加而增大.加入质量分数为3％的混合粉末制备的原位Al2O3颗粒增强ADC12复合材料半固态组织细小、圆整、较均匀分布,硬度较基体的90 HV提高了25.6％.     

高频脉冲磁场下原位合成(Al3Zr+Al2O3)p/Al复合材料

在高频磁场中施加脉冲信号,产生脉冲涡流磁场,感应线圈内部磁场分布趋向均匀,并在熔体内出现一定强度的振荡和扰动现象.该外场作用下选用Al-Zr(CO3)2作为反应组元通过熔体直接反应法原位合成了Al3Zr、Al2O3增强颗粒铝基复合材料,粒度2～3μm,颗粒在基体中弥散均匀分布.热力学和动力学分析表明:脉冲涡流磁场促进了传热传质和扩散过程,改善了原位合成过程动力学条件.     

Al-K2ZrF6体系熔体反应法合成复合材料的微观组织和力学性能

开发了Al-K2ZrF6体系熔体反应法合成原位铝基复合材料，采用XRD，SEM和TEM分析了复合材料中相组成、微观组织和界面结构。实验结果表明：合成的增强相为Al3Zr颗粒，常规金属型铸造的复合材料中其尺寸在3μm～4μm左右，一般成聚集态分布，颗粒形貌基本为长方体状：该复合材料经重熔快淬成形后，颗粒尺寸减小，基本为粒状，并弥散分布于基体上。Al3Zr／Al复合材料的界面结构研究表明，Al3Zr颗粒与Al存在一定的晶体学位向关系：[^-2^-21]Al3Zr∥[100]Al，（012）Al3Zr∥（1^-10）Al，其点阵错位度仅为10．87％，这表明Al3Zr颗粒可作为基体Al相的形核衬底。Al3Zr／Al复合材料的力学性能测试显示，当Al3Zr颗粒体积分数为11.2％时，抗拉强度和屈服强度分别为148．7MPa和110．2MPa，而且Al3Zr／Al复合材料的抗拉强度和屈服强度均随颗粒体积分数增加显著提高。     

脉冲磁场下Al-ZrSiO4体系原位合成复合材料及其微观组织

在脉冲磁场下，以Al-ZrSiO4为反应体系成功制备了内Al3Zr和Al2O3颗粒增强铝基复合材料。用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（sEM）、电子探针（EPMA）等研究了（Al2O3＋Al3Zr）p／Al复合材料的相组成、凝固组织和内生增强体的特征。试验结果表明，在脉冲磁场作用下，原位合成的颗粒细小，呈矩形或短棒状的A13Zr颗粒尺寸为1～3μm，形状圆整的Al2O3颗粒尺寸小于2μm，且弥散分布于基体中。随着外加脉冲磁场强度的增大，反应生成的增强颗粒变得更加细小，分布更均匀。外加脉冲磁场作用时间短，颗粒体积分数低，颗粒粗大；作用时间长，颗粒体积分数明显下降，部分颗粒开始团聚长大，最佳的作用时间为15～20min。     

Al-ZrOCl_2反应体系制备ZrAl_(3(p)) Al_2O_(3(p))/Al复合材料

从Al ZrOCl2 体系利用熔体直接反应法制备了原位ZrAl3 和Al2 O3 颗粒增强铝基复合材料。Al Zr O体系中原位形成的ZrAl3 具有四方结构 ,其最大尺寸为 4μm ,纵横长度比小于 2 .0。此外 ,还有一定数量的亚微米级Al2 O3 颗粒生成 ,其晶体为六方结构 ,纵横长度比大于 2 .0。ZrAl3(p) ,Al2 O3(p) /Al复合材料凝固组织中 ,随ZrOCl2加入量的增加 ,生成的颗粒尺寸更小 ,分布更均匀。拉伸试验表明 :Al ZrOCl2 体系制备的复合材料具有高的强度和塑性 ,断口组织中存在大量韧窝 ,韧窝中镶嵌着细小颗粒 ,属韧性断裂。     

电磁场作用下(Al2O3+Al3Zr)p/Al复合材料的梯度效应

以原位合成的Al2O3、Al3Zr颗粒增强铝基复合材料作为预熔料,颗粒体积分数为15%,颗粒粒度为2～3μm。在恒温870℃时施加30s频率为20kHz的高频交变电磁场,集肤深度为5.314mm,线圈内输入电流80A,刚玉坩埚置于线圈边缘部位,对应位置处的磁感应强度为0.1T。扫描电镜分析复合材料水淬试样,结果表明,试样中心部位颗粒体积分数基本不变,靠近线圈5mm处颗粒体积分数减少至10%,靠近线圈边缘部分的颗粒体积分数增加至20%,呈现出一定梯度效应,这是电磁挤压力作用的结果。颗粒迁移效率的影响因素有：颗粒体积分数、粒径、熔体温度、磁感应强度、分布及其磁场作用时间。     

凝固速率对Al3Ti/Al复合材料显微组织的影响

以Al-Ti为反应体系,采用熔体反应法原位合成Al3Ti/Al复合材料,并采用XRD、SEM等方法研究了凝固速率对该复合材料显微组织的影响.结果表明,不同凝固速率对Al3Ti颗粒的形貌及尺寸有较大的影响,在较慢凝固速率砂型模浇注制备的复合材料中,Al3Ti呈长针状,长度在50～150 μm;在较快凝固速率铜模浇注制备的复合材料中,Al3Ti呈短棒状,长度在10 μm左右,但在铜模凝固层最薄处的组织中,Al3Ti呈四角形状,尺寸在10μm以下;随着凝固速率的增加,Al3Ti/Al复合材料的晶粒尺寸逐渐减小.     

Al-Zr-B体系反应合成复合材料的组织和性能

开发了原位合成Al-K2ZrF6-KBF4新体系，利用熔体反应法成功制备了新型颗粒增强铝基复合材料。XRD和SEM分析表明，合成的复合材料中存在ZrB2和Al3Zr颗粒，颗粒大小为1～4μm，ZrB2颗粒的截面形貌接近于正六边形，且在基体中均匀分布。拉伸试验结果表明，（Al3Zr＋ZrB2）p／Al复合材料的抗拉强度和屈服强度随着反应物加入量的增加而提高。当反应物加入质量分数为20％时，复合材料最高抗拉强度达到152．3MPa，比铝基体提高了95．2％；屈服强度为112．3MPa，比铝基体提高了167．3％。     

主要参数对原位反应的影响分析

采用原位反应液相线铸造法制备Al2O3(p)/Al-Cu复合材料,并对反应进行了热力学分析.结果表明,熔体温度升高时,反应的诱导时间缩短;适量的引发剂能使反应诱导时间缩短;加大稀释剂量,反应诱导时间延长;原位Al2O3颗粒对该复合材料组织有细化和均匀化作用,当原位Al2O3颗粒含量达到5.3％时可得到细小均匀的蔷薇状组织;原位反应液相线铸造Al2O3(p)/Al-Cu复合材料的抗拉强度是纯铝的近2倍,但伸长率降低.     

磁化学合成（Al2O3＋Al3Zr）p/Al复合材料的微观组织与力学性能

以氧氯化锆(ZrOCl2·8H2O)为反应物,采用熔体反应法,并在反应过程中施加脉冲涡流磁场,磁化学合成了(Al2O3+Al3Zr)p/Al复合材料.扫描电镜(SEM)与X射线衍射(XRD)分析表明生成的颗粒为α-Al2O3和Al3Zr,颗粒细小,形状一致,且弥散分布于铝基体中;在相同反应条件下,与常规原位反应相比,磁场下反应更快、更完全,缩短了反应时间,并从反应动力学角度进行了分析.复合材料的力学性能研究表明,其屈服强度σs和抗拉强度σb均随颗粒体积分数的增加而升高,延伸率δ先升后降.(Al2O3+Al3Zr)p/Al复合材料的拉伸断口形貌表明,其断裂属塑性断裂.     

铸造工艺对(Al3Zr+Al2O3)p/A356原位复合材料组织和性能的影响

采用A356-Zr(CO3)2组元通过熔体直接反应法原位合成了Al3Zr和Al2O3颗粒增强铝基复合材料,在720℃时进行常规金属模浇注和挤压铸造成型。挤压铸造是复合材料在高压下的结晶凝固和塑性变形和强制补缩-密实两过程的复合,增加复合材料熔点,改善模壁和熔体热交换条件,增加基体形核率。与金属模铸造试样的组织对比表明:由于复合材料的高致密度和细晶强化,挤压铸造成型复合材料组织中气泡和缩孔等浇注缺陷减少了,而组织致密度提高了,基体晶粒度减小2~3倍,复合材料的抗拉强度和延伸率分别为345 MPa和15.07%,较金属模成型复合材料分别提高1.6和2.15倍,且挤压铸造复合材料干滑动磨损性能明显提高。     

Al—ZrOCl2反应体系制备ZrAl3（p）＋Al2O3（p）／Al复合材料

从Al-ZrOCl2体系利用熔体直接反应法制备了原位ZrAl3和Al2O3颗粒增强铝基复合材料。Al-Zr－O体系中原位形成的ZrAl3具有四方结构，其最大尺寸为4μm，纵横长度比小于2．0，此外，还有一定数量的亚微米级Al2O3颗粒生成，其晶体为六方结构，纵横长度比大于2．0.ZrAl3(p),Al2O3(p)/Al复合材料凝固组织，随ZrOCl2加入量的增加，生成的颗粒尺寸更小，分布更均匀，拉伸试验表明，Al-ZrOCl2体系的复合材料具有高度的强度和逆性，断口组织存在大量韧窝，韧窝中镶嵌嵌着细小颗粒，属韧性断裂。     

重熔对（Al2O3＋Al3Zr）p／A356复合材料组织及力学性能的影响

利用A356-ZrOCl2体系,通过熔体原位反应法制备了(Al2O3 Al3Zr)p/A356复合材料.X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)分析表明,A356-ZrOCl2体系原位合成的增强颗粒为Al3Zr和Al2O3,颗粒细小,且均匀分布在基体中;该复合材料经不同温度的重熔时,随着重熔温度的提高,重熔组织中内生颗粒的分布更均匀,形态趋于圆钝化,但温度过高会导致局部颗粒的粗化,最佳的重熔温度为850℃.同时,随着重熔次数的增加,颗粒变得更细小,分布更均匀,但过多次数的重熔导致了颗粒体积分数的减少,最佳的重熔次数为5次.拉伸试验结果表明,复合材料的抗拉强度随着重熔温度的提高以及重熔次数的增加而增大,但过高温度以及过多次数的重熔均导致了复合材料抗拉强度的下降.