(ZrB_2+Al_2O_3+Al_3Zr)_p/A356复合材料的原位直接反应法制备及微观组织(英文)

采用A356-(K2ZrF6+KBF4+Na2B4O7)作为熔体直接反应体系制备(ZrB2+Al2O3+Al3Zr)/A356复合材料。利用XRD、SEM和TEM等测试技术研究复合材料的相组成和微观组织。结果表明,复合材料增强相由ZrB2和Al2O3陶瓷相颗粒和Al3Zr金属间化合物相颗粒组成。ZrB2颗粒易团聚形成颗粒团簇并沿α(Al)合金晶界分布;ZrB2颗粒的微观形貌为六边形,尺寸在50nm左右。TEM研究发现,Al3Zr颗粒以小面形式生长,其长径比约为20;Al2O3颗粒形貌为长方体状和椭圆状,尺寸约为0.1μm。此外,基体与颗粒的相界面干净,无界面反应物生成。     

Al-TiO2-B系热扩散反应法合成铝基复合材料基体组织的细化机理

研究了Al-TiO2-B反应系热扩散反应（XD）法合成铝基复合材料基体组织的细化机理。实验结果表明，在Al-TiO2系中未加硼粉时，反应产物Al3Ti呈细长棒状，并可贯穿基体晶粒，Al2O3为细小颗粒偏聚于基体的晶界，铝基体晶粒粗大，当Al-TiO2系中加入硼粉后，棒状物Al3Ti减少，当B／TiO2摩尔比rB/TiO2为2时，Al3Ti基本消失，B与Al3Ti反应产生的TiB2成为铝基体结晶时的核心，基体晶粒细化，Al2O3呈均匀分布。     

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.     

Al-Zr-O-B原位合成复合材料的微观组织和力学性能

采用Al-Zr(CO3)2-KBF4体系用熔体反应法成功合成了新型颗粒增强铝基复合材料.XRD和SEM分析表明, Zr(CO3)2和KBF4与铝液反应生成了ZrB2、Al2O3、Al3Zr颗粒,颗粒尺寸细小,且弥散分布于基体中,其平均尺寸约为80～90 nm;拉伸试验结果显示.Al-Zr(CO3)2-KBF4体系反应生成的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均显著提高,复合材料的抗拉强度为150.3 MPa,较铝基体的78.0 MPa提高了 92.7%;屈服强度为113.7 MPa,较铝基体的42.0 MPa提高了170.7%;复合材料的伸长率先升后降;由复合材料的拉伸断口SEM可知,随着反应物质量增加,塑性变形区减小,但仍然是塑性断裂.     

α-Al2O3,TiB2颗粒增强铝基复合材料的XD合成

介绍了α-Al2O3,TiB2增强自生铝基复合材料XD合成工艺,分析了合成反应的热力学及动力学机理.在Al-TiO2 系中未加B粉时,生成的增强相是Al3Ti和α-Al2O3,通过B粉的加入,使Al-TiO2-B系中棒状物Al3Ti随B/TiO2摩尔比的增加而逐渐减少,在B/TiO2的摩尔比为2时,棒状物基本消失同时分析了升温速率、B/TiO2摩尔比对燃烧温度、体收缩率的影响.     

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％。     

α—Al2O3,TiB2颗粒增强铝基复合材料的XD合成

介绍了α-Al2O3,TiB2增强自生铝基复合材料XD合成工艺,分析了合成反应的热力学及动力学机理,在Al-TiO2系中未加B粉时,生成的增强相是Al3Ti和α-Al2O3,通过B粉的加入,使Al-TiO2-B系中棒状物Al3Ti随B/TiO2摩尔比的增加而逐渐减少,在B/TiO2的摩尔比为2时,棒状物基本消失,同时分析了升温速率、B/TiO2磨尔比对燃烧温度、体收缩率影响。     

原位生成Al3Zr和ZrB2增强铝基复合材料研究

采用原位反应法制备(ZrB2 Al3Zr)/ZL101原位复合材料,测试其室温力学性能,并通过OPM、TEM观察其显微组织.结果表明,原位复合材料经过热处理后,抗拉强度、伸长率以及布氏硬度分别提高了35.5%、12.2%、25.5%.原位复合材料增强相ZrB2和Al3Zr弥散分布在α-Al中,Al3Zr呈棒状,几乎与α-Al完全共格;ZrB2呈粒状.(ZrB2 Al3Zr)/ZL101原位复合材料强韧化的主要机制是细晶强化和弥散强化.     

XD合成Al-TiO2-C系铝基复合材料研究

主要讨论了Al-TiO2-C系XD法制备铝基复合材料的合成工艺.结果表明,Al-TiO2-C系在真空炉中氩气气氛下预热至1 100 K左右时爆燃,反应生成颗粒状TiC、A12O3及棒状Al3Ti复相增强的铝基复合材料.α-Al2O3颗粒偏聚于基体的晶界,Al3Ti在基体中分布相对均匀.该反应系的主要工艺参数以球磨时间2 h、压块预紧实度63.8%左右、升温速率25 K/min左右为宜;保温时间对反应产物的组织影响甚小;棒状物Al3Ti随C/TiO2摩尔比的增加而减少,在C/TiO2摩尔比为l时,Al3Ti基本消失.     

(ZrB2+Al3Zr)/ZL101原位复合材料正交实验研究

采用原位反应法制备了原位（ZrB2＋Al3Zr）／ZL101复合材料,通过正交实验分析确定了其最佳成分,测试了复合材料的力学性能,并对该材料进行了显微金相分析和透射电子显微分析。研究结果表明,与ZL101材料相比,（ZrB2＋Al3Zr）／ZL101原位复合材料在其最佳成分配比下,强度提高了35．5％,伸长率提高了12．2％,布氏硬度提高了25．5％;原位复合材料中增强相ZrB2为粒状,Al3Zr为长棒状,两相均匀分布于基体晶粒内部,且与α-Al的界面结合良好;热处理后,原位复合材料中的共晶硅以粒状形态均匀分布于基体中。     

超声化学原位合成(Al2O3+Al3Zr)p/A356复合材料

采用熔体反应法,并在反应过程中施加高能超声,合成了(Al2O3 Al3Zr)p/A356复合材料.XRD和SEM分析表明,生成的增强颗粒为Al203和Al3Zr;颗粒尺寸细小,平均粒径尺寸为1μm,在基体中均匀分布;共晶Si在高能超声作用下显著细化,变短并呈粒状.研究表明,经过高能超声处理后,其抗拉强度比未加高能超声处理的复合材料提高了近20%,达到了381.4MPa.     

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。     

脉冲磁场下原位合成(Al2O3+Al3Zr)p/Al复合材料的微观组织及力学性能

采用熔体反应法,以Al-ZrSiO4为反应体系,在反应过程中施加脉冲磁场,原位合成Al3Zr和Al2O3颗粒增强铝基复合材料.X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和电子探针(EPMA)分析表明:脉冲磁场作用下,原位合成的颗粒细小,尺寸为1～3 μm,且弥散分布于基体中;随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.拉伸实验结果表明:脉冲磁场作用下原位合成复合材料的抗拉强度随着脉冲磁场强度的增大而升高,当磁场强度为0.05 T时,复合材料的抗拉强度比未施加脉冲磁场的复合材料提高28%;伸长率随磁场强度的增大略微下降.拉伸断口形貌分析表明:脉冲磁场作用下复合材料断口形貌中的韧窝和撕裂纹大大减少,但仍属于塑性断裂.     

用XD法合成的铝基复合材料的组织与力学性能

对Al-TiO2-B2O3系利用放热弥散（XD）反应法合成了铝基复合材料．当B2O3／TiO2摩尔比为0时，增强相由α-Al2O3颗粒和棒状物Al3Ti组成，抗拉强度和延伸率分别为250.4MPa和4.0％，断口中有的棒状物自身开裂，断裂由Al3Ti自身萌生裂纹，并沿其解理面扩展至界面引起，加入B2O3后，棒状物Al3Ti减少，基体晶粒细化，强度和延伸率同步提高；当B2O3／TiO2摩尔比为1时，Al3Ti基本消失，抗拉强度和延伸率分别提高到320.8MPa和10.6％，断口形貌由细小韧窝组成，随着实验温度的增加，延伸率进一步提高，拉伸强度则随之下降，棒状物Al3Ti因与基体的界面结合强度降低而与基体中脱离，表明Al3Ti对复合材料的性能提高不利，723K时，延伸率上升至20.5％，抗拉强度下降至85.6MPa。     

XD反应合成Al3Ti,α-Al2O3和TiB2/Al复合材料的界面结构

借助于SEM和TEM研究了Al—TiO2-B2O3系热扩散反应法合成铝基复合材料的界面结构。结果表明：在B2O3与TiO2摩尔比小于1时，增强相由棒状的Al3Ti及颗粒状的TiB2和α-Al2O3组成。Al3Ti与基体的界面干净、相容性好，在基体中分布均匀；TiB2与铝基体界面干净，并存在以下位向关系：[231^-]Al∥[0001]TiB2，（204^-）Al∥（2420^--）TiB2，可成为基体结晶时的核心，细化基体晶粒；口一Al2O3与铝基体的润湿性差，被推挤到基体颗粒的界面呈偏聚状态，并存有孪晶现象，其孪晶面为（111），孪生方向为[112^-]。     

Ti-Al-CuO体系热压反应合成TiAl基复合材料

以Ti粉和Al粉为原料,并添加不同含量CuO粉体进行掺杂,经真空热压烧结制得了TiAl基复合材料。结合热分析,X射线衍射分析及扫描电镜分析对该体系的反应合成过程及CuO添加量对产物微结构的影响进行研究。结果表明:Al熔化后分别对Ti、CuO颗粒润湿并发生反应,热压反应温度在800℃时,生成了Al3Ti中间产物。热压烧结温度达到1000℃时,合成了由TiAl,Al2O3,Al6.1Cu1.2Ti2.7三种物相组成的复合材料。其基体主要由TiAl和Al6.1Cu1.2Ti2.7两相组成,增强相Al2O3为Al-CuO置换反应生成,且其颗粒细小,主要分布在基体相周围。Al6.1Cu1.2Ti2.7、Al2O3相含量随原料中CuO添加量不同而呈规律性变化。     

多元氧化物和铝原位反应制备铝基复合材料的组织和性能

采用SEM、EDS、XRD、TEM和拉伸强度测试等研究Al2O3粒子增强的ZL109铝基复合材料。结果表明:多元氧化物和铝原位反应生成的Al2O3粒子尺寸细小,粒径约为0.1μm,在基体中弥散分布,与基体存在共格关系,(001)α(Al)//(010)α-Al2O3,[110]α(Al)//[001]α-Al2O3。原位反应中生成的金属间化合物经T6处理后,以Al5FeSi、FeCr、Mg2Si、Al3Ni、Al2Cu和Al7Cu4Ni相的形式存在于基体中,使得复合材料在300℃的拉伸强度达到163.4 MPa,较基体的提高7.9%。随Al2O3粒子含量的增加,25℃时,复合材料断口断裂方式由韧性断裂转变为解理断裂,再到穿晶断裂;而300℃时,断口断裂转变方式为脆性断裂到延性断裂。     

Sr对(Al2O3+Al3Zr)p/A356复合材料组织及性能的影响

采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)分析以及力学性能测试,研究了微量Sr对A356-Zr(CO3)2体系熔体反应法合成的(Al2O3 Al3Zr)p/A356复合材料组织及性能的影响.SEM分析结果表明,微量Sr变质后,原位合成的Al3Zr和Al2O3颗粒细小,颗粒尺寸大部分在2～3 μm之间;内生Al2O3、Al3Zr颗粒已不被凝固界面大量排斥和推移,而是大部分被捕捉进入固相,均匀分布在基体中;同时Sr使基体A356中Si相形貌从粗针状变为细小的颗粒状.力学性能测试结果表明,Sr变质后的复合材料的抗拉强度比未变质的复合材料提高了13.8%.     

多增强相原位复合材料的微观组织及增强机制

采用原位反应法制备(ZrB2+Al3Zr+TiB2+Al3Ti)/ZL101原位复合材料,测试了其室温力学性能,并通过金相显微镜、TEM观察复合材料中增强相的形貌、结构和分布.结果表明,该复合材料经过热处理后,抗拉强度为352.8 MPa,伸长率为4.3%,硬度为117 HB,分别较ZL101基体材料提高了34.7%、4.9%、19.4%.金相显微组织分析表明:复合材料的α-Al枝晶晶粒尺寸较ZL101明显细化,原位复合材料的共晶硅尺寸也较基体中细小得多;透射电子显微分析表明:4种增强相整体分布较为均匀,且与基体的界面光滑洁净;复合材料主要强化机制为细晶强化、固溶强化、弥散强化.     

Al-ZrOCl2-B2O3体系反应合成复合材料研究

开发了AlZrOCl2B2O3原位反应新体系,采用熔体反应法以AlZrOCl2B2O3粉剂为反应物成功制备了(ZrB2 ZrAl Al2O3)p/Al复合材料。扫描电镜(SEM)分析表明,该体系生成的复合材料的颗粒细小(≤2μm),且弥散分布于基体中;反应生成的颗粒体积分数随起始反应温度的提高和反应时间的延长而增大,但当温度升至900℃时,颗粒有聚集长大的趋势。通过水淬试样分析,该体系反应的动力学机制为反应破裂扩散机制。