ZrOCl_2-Al体系熔体反应生成Al_3Zr_((p)),Al_2O_(3(p))/Al复合材料的反应机制

利用X射线衍射仪 (XRD)和扫描电子显微镜 (SEM ) ,对ZrOCl2 Al体系熔体反应生成的复合材料组织进行了分析 ,结果表明 :ZrOCl2 Al体系反应生成相为Al3 Zr和α Al2 O3 ,颗粒尺寸为 0 .2～ 5 μm ,形状以多面体为主 ;随反应起始温度升高 ,生成的颗粒体积分数增大 ,熔体温度也升高 ,但当熔体温度高于 12 0 0℃时 ,Al3 Zr出现聚集、长大。提出了ZrOCl2 Al体系的反应是气液反应和固液反应的复合过程 ,建立了ZrOCl2 /Al反应中的控制环节ZrO2 /Al反应的动力学模型及化学反应速率的关系式。     

熔体反应制备Al3Zr（p）、Al2O3（p）／A356复合材料的凝固组织和性能

对Al-ZrOCl2体系采用熔体反应制备Al3Zr(p)、Al2O3(p)/A356复合材料。结果表明,原位生成的Al3Zr和Al2O3均为多面体位粒,且Al3Zr表面存在生长小面（facet)。复合材料凝固组织中ZrOCl2加入量的增加,颗粒分数增大,颗粒分布更均匀。但反应温度高于900℃时,Al3Zr颗粒出现板块状集聚生长,拉伸试验表明,Al3Zr(p)、Al2O3(p)／A356复合材料具有比基体更高的抗拉强度,并随ZrOCl2加入量的增加而提高,其拉伸断口为混合型断裂。     

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.     

熔体反应法制备Al_3Zr_(p)、Al_2O_(3(p))/A356复合材料的凝固组织和性能

对Al ZrOCl2 体系采用熔体反应法制备了Al3Zr( p) 、Al2 O3( p) /A35 6复合材料。结果表明 :原位生成的Al3Zr和Al2 O3 均为多面体粒状 ,且Al3Zr表面存在生长小面 (facet)。复合材料凝固组织中随ZrOCl2 加入量的增加 ,颗粒分数增大 ,颗粒分布更均匀。但反应温度高于 90 0℃时 ,Al3Zr颗粒出现板块状集聚生长。拉伸试验表明 :Al3Zr(p) 、Al2 O3(p) /A35 6复合材料具有比基体更高的抗拉强度 ,并随ZrOCl2 加入量的增加而提高 ,其拉伸断口为混合型断裂     

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。     

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。     

Al-K2ZrF6反应体系生成Al3Zrp/Al复合材料的界面结构

借助于透射电镜 (TEM )研究了Al K2 ZrF6体系熔体反应生成Al3 Zrp/Al复合材料中Al3 Zr颗粒晶体形貌及Al3 Zr/Al界面结构。结果表明 :原位生成的Al3 Zr颗粒以多面体和长方体为主 ,颗粒晶体表面存在生长小面(facet) ,其晶体为四方结构 ,密排面为 (11- 4- ) ;Al3 Zr/Al界面光滑、洁净 ,无界面反应物。电子衍射图及界面原子排列分析表明 ,Al3 Zr颗粒与Al在界面处存在位向关系 :[2 - 2 - 1]Al3 Zr∥ [10 0 ]Al,(0 12 ) Al3 Zr∥ (11- 0 ) Al,其点阵错配度仅为 10 .87%。此外 ,熔体反应法制备的Al3 Zrp/Al复合材料不仅凝固组织均匀 ,而且具有良好的力学性能。     

Al-Zr-O体系熔体反应法合成复合材料的微观组织和拉伸性能

采用熔体反应法 ,以ZrO2 、ZrSiO4 和ZrOCl2 粉剂为反应物在熔融的铝 ( 85 0℃ )中成功制备了Al/ (Al3 Zr Al2 O3 ) P 复合材料。扫描电镜 (SEM )和电子探针 (EPMA)分析表明 :Al Zr O体系反应生成的复合材料 ,颗粒尺寸细小 ,Al2 O3 为 1～ 3μm ,Al3 Zr小于 1μm ,且弥散分布于基体中。拉伸试验结果显示 :Al Zr O体系反应生成Al/ (Al3 Zr Al2 O3 ) P 复合材料的抗拉强度和屈服强度较基体纯Al均显著提高。其中Al ZrOCl2 体系生成的复合材料的抗拉强度为14 8 7MPa ,屈服强度为 112 4MPa ,分别较基体纯Al提高了 93 6 %和 170 8%。     

超声化学原位合成(Al2O3+Al3Zr)p/A356复合材料

采用熔体反应法,以A356-Zr（CO3）2为反应体系,并在反应过程中施加高能超声,超声化学原位合成了（Al2O3＋Al3Zr）p/A356复合材料。扫描电镜（SEM）与X衍射（XRD）分析表明：生成的颗粒为Al2O3和Al3Zr,颗粒细小,形状一致,且弥散分布于铝基体中;试验发现：在相同反应条件下,与常规原位反应相比,超声作用下反应更快、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：经过超声处理的复合材料的抗拉强度达到了391 MPa,比未加超声的提高了23%。拉伸断口形貌分析表明：在超声作用下,复合材料断口上韧窝数量明显增加,韧窝变小、变深,材料韧性断裂特征明显。     

固液原位反应生成Al2O3（P）／Al复合材料的研究

采用CuO颗粒与Al熔体原位反应的方法制取了Al2O3(P)/Al复合材料,并对其显微组织、硬度及耐磨性进行分析和研究。试验结果表明：反应生成的Al2O3颗粒非常细小（2－5μm)弥散且均匀地分布于Al基体中,具有显著的增强效果,所得复合材料的硬度和耐磨性显著高于Al基体。     

原位反应法制备Al2O3-TiC/Al复合材料

通过向含Ti的Al-Si合金熔体中通入CO2气体制备Al2O3-TiC／Al复合材料的方法．研究了Al2O3-TiC／Al复合材料特性。用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对复合材料的组织进行了研究。研究表明，CO2与合金熔体中的Al、Ti原位反应生成Al2O3和TiC颗粒，Al2O3和TiC颗粒尺寸在0．2～1．0μm之间，均匀分布在基体中，反应生成的Al2O3和TiC颗粒数量与CO2的通入时间有关。     

Al-Zr(CO3)2体系反应生成Al基复合材料的力学和磨损性能研究

运用Al-Zr（CO3）2体系熔体反应法制备了（Al3Zr＋Al2O3）p／Al合材料，研究了（Al3Zr＋Al2O3）p／Al复合材料的力学和磨损性能。结果表明：Al-Zr（CO3）2与Al熔体反应生成了Al2O3、Al3Zr颗粒；（Al3Zr＋Al2O3）g/A复合材料的抗拉强度和屈服强度随颗粒理论体积分数的增大而提高，当颗粒体积分数为10％时，复合材料的Rm为148．3MPa，较铝基体提高了90．1％，复合材料的Rp02为110．5MPa，较铝基体的提高了163．1％，复合材料的断后伸长率先升后降；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，但仍是塑性断裂；由磨损表面SEM观察表明：（Al3Zr＋Al2O3）p/Al复合材料的磨损特征为黏着磨损和磨粒磨损的混合型磨损。     

Al-Zr(CO3)2体系反应合成复合材料的反应机制及动力学模型

开发了Al-Zr(CO3)2体系熔体反应法合成新型(Al3Zr Al2O3)p/Al复合材料,研究了Al-Zr(CO3)2体系的反应热力学、反应动力学及反应机制.结果表明:Al-Zr(CO3)2体系起始反应温度为850℃,且在铝熔体(850～1100℃)温度范围内反应能自发进行.X射线衍射(XRD)及扫描电镜(SEM)分析表明:反应合成的强化相为Al3Zr和α-Al2O3颗粒,其尺寸为0.1～1 μm,且在基体中弥散分布.反应过程中复合熔体水淬实验分析表明:反应析出的Zr量随反应时间延长而增大,当反应进行10 min就达到了总增量的90%,整个合成反应时间为15 min,且合成过程前期(反应3 min前)主要受化学反应控制,合成过程后期(反应10 min后)主要受扩散控制.Al-Zr(CO3)2体系中关键反应ZrO2与Al按反应-扩散-破裂机制进行,并建立了反应原理图、反应动力学模型和反应时间的动力学方程.     

Al-Zr(CO3)2体系熔体反应法制备复合材料的反应机理研究

研究了用Al-Zr(CO3)2体系熔体反应法制备(Al3Zr Al2O3)P/Al复合材料的反应机理.SEM分析显示,反应生成的颗粒细小,且在基体中弥散分布.冶金热力学原理分析认为:Al-Zr(CO3)2体系在熔体中能自发反应生成Al3Zr和Al2O3颗粒,XRD分析结果和熔体温度随时间的变化关系得到了证实.快速水淬试样SEM分析的结果表明,反应按反应-扩散-破裂动力学机制进行.用反应原理图描述了该动力学机制,为其建立了数学模型,分析了化学反应和扩散阻力在反应过程中的影响.     

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.     

脉冲磁场下原位合成（Al203＋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-ZrSi04为反应体系，在反应过程中施加脉冲磁场，原位合成Al3Zr和Al203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1～3μm，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0．05T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。     

Al-Zr(CO_3)_2体系反应合成复合材料的力学性能与断裂行为①

利用Al Zr(CO3)2原位反应体系,采用熔体反应法制备了(Al3Zr Al2O3)p/Al复合材料。XRD及SEM分析显示:原位反应生成的颗粒为Al3Zr和Al2O3,颗粒细小并均匀分布在基体中。拉伸实验表明:(Al3Zr Al2O3)p/Al复合材料的抗拉强度和屈服强度随颗粒含量的增大显著提高,当颗粒体积分数为10%时,复合材料的抗拉强度和屈服强度分别为148.3MPa和110.5MPa,但延伸率先上升后下降。原位拉伸研究表明:复合材料拉伸过程中裂纹的萌生及扩展机制可从两方面得到解释:滑移过程中的位错作用机制以及颗粒脱粘和破碎形成的"孔洞"成核与长大机制。     

Al-Zr(CO3)2体系反应合成复合材料的力学性能与断裂行为

利用Al-Zr(CO3)2原位反应体系,采用熔体反应法制备了(Al3Zr Al2O3)p/Al复合材料.XRD及SEM分析显示:原位反应生成的颗粒为Al3Zr和Al2O3,颗粒细小并均匀分布在基体中.拉伸实验表明:(Al3Zr Al2O3)p/Al复合材料的抗拉强度和屈服强度随颗粒含量的增大显著提高,当颗粒体积分数为10%时,复合材料的抗拉强度和屈服强度分别为148.3 MPa和110.5 MPa,但延伸率先上升后下降.原位拉伸研究表明:复合材料拉伸过程中裂纹的萌生及扩展机制可从两方面得到解释:滑移过程中的位错作用机制以及颗粒脱粘和破碎形成的"孔洞"成核与长大机制.     

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.     

磁化学原位合成Al—Zr（CO3）2复合材料颗粒形貌及长大机制

利用磁化学原位反应技术成功制备了Al2O3和Al3 Zr颗粒增强Al-Zr(cQ).体系铝基复合材料.XRD、SEM和TEM分析结果表明,反应所生成的Al2O3和Al3Zr增强颗粒在基体中均匀分布;颗粒尺寸为90～120 nm.内生Al3 Zr的形貌主要有粒状、块状、板条状和针状.对Al-Zr(CO3)2体系,在脉冲磁场条件下,反应温度在850、900、950、1 000℃时,Al3 Zr形貌分别为粒状、块状、板条状和长针状或者纤维状.Al2 zr晶体表面存在生长小面facets,在晶体中观察到了清晰可见的孪晶面和孪晶形成的凹角沟槽,孪晶面为(114),孪生方向为[221],孪晶的存在及其数量对Al3Zr的生长形态起着重要的作用.内生Al2O3的形态主要为等轴粒状,受反应温度的影响不大.