超声处理对原位颗粒增强铸造Al-Si-Cu复合材料组织的影响

采用接触反应法制备原位颗粒增强铸造Al-12Si-4Cu复合材料,研究超声处理工艺对原位TiC和TiAl_3颗粒形貌的影响。结果表明:在铸造Al-12Si-4Cu复合材料中可以原位生成团聚态TiC颗粒、长杆状或块状TiAl_3颗粒;未经超声处理时,TiC颗粒团聚等效直径约70μm,经1500 W超声处理后,其减小到45μm;当超声处理功率增大到3000 W,TiC的团聚现象消失,颗粒均匀分散在基体中,并且长杆状TiAl_3颗粒长度减小到50~150μm,块状TiAl_3颗粒转变为相互独立的小尺寸块状。     

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-Si-Cu-Mg-Ni五元合金中不同元素对原位生成TiC的影响

利用接触反应法,制备了不同基体(Al-4Cu,Al-4Cu-12Si,Al-4Cu-0.8Mg,Al-4Cu-2.6Ni,Al-4Cu-12Si-2.6Ni,Al-4Cu-12Si-0.8Mg,Al-4Cu-0.8Mg-2.6Ni)的Ti C颗粒增强铝基复合材料Ti C/Al。研究了Cu、Si、Mg、Ni元素对Al-Si-Cu-Mg-Ni系铸造铝合金中原位生成Ti C_p的影响。结果表明:加入Si元素后,促进了Al_3Ti的大量生成,其组织形貌随Si含量升高从不规则块状六边形逐渐转变为细针状;同时,附着的Ti C逐渐分解消失;加入Cu、Mg、Ni元素后,促进了Ti C颗粒的生成,抑制了Al_3Ti的生成,强化效果明显。     

原位增强体Al3Ti形成热力学及合金元素对其形貌影响

通过热力学方法分析了Al3Ti生成反应进行的可能性,探讨了Al3Ti/ZL101原位复合材料中增强相Al3Ti的形成机制,确定了增强相Al3Ti的存在及合金元素对形成亚微米尺寸增强相的影响,测定了原位复合材料的常温力学性能.研究结果表明:原位生成Al3Ti反应自发进行的趋势很大;增强相Al3Ti的形貌和尺寸受合成反应所选原材料的影响,只有在合金元素硅存在的条件下,才能产生尺寸在0.5μm左右的增强相Al3Ti;原位复合材料的常温力学性能较基体都有一定程度的提高.     

电磁搅拌对Al-3Ti-0.2C-5Sr显微组织及细化性能的影响

研究了电磁搅拌对Al-3Ti-0.2C-5Sr细化剂显微组织的影响,并将电磁搅拌后的Al-3Ti-0.2C-5Sr添加到Al-7Si合金中进行细化试验。结果表明:随着搅拌时间的延长,Ti Al3相逐渐消失,大块状或板条状Al-Ti-Sr相转化为小块状,块状Al4Sr相转化为细针状,Ti C颗粒分布更加均匀;随着搅拌频率的提高,块状Al-Ti-Sr相尺寸减小;电磁搅拌后的Al-3Ti-0.2C-5Sr可将Al-7Si合金晶粒尺寸由1 195μm细化至210μm,保温60 min后未出现细化衰退现象。     

超声空化处理Al-5Ti-1B合金中第二相形貌的演变

研究了超声空化处理对Al-5Ti-1B合金中第二相粒子形貌演变的影响。结果表明,超声空化处理能显著改善第二相粒子的形貌和尺寸。随着超声空化处理时间延长,TiAl_3颗粒平均尺寸减小,形貌由大块状向小块状过渡,最终形成树枝状;TiB_2颗粒由原本在α-Al晶界处的带状聚集转变为基体中的弥散分布,少量附着在TiAl_3的表面。超声处理时间为120s时,第二相粒子形貌最佳,TiAl_3颗粒平均尺寸为19.3μm,TiB_2颗粒平均面积为14.5μm~2。     

高能超声场下熔体原位反应制备TiB2/Al-30Si复合材料及其耐磨性能

在高能超声场下利用熔体原位反应制备TiB2/Al-30Si复合材料;利用XRD、SEM及干磨损试验研究此复合材料的显微组织和磨损性能。结果表明：在高能超声场作用下,原位TiB2颗粒在铝基体中分布均匀,形貌为圆形或四边形,尺寸在0.1-1.5μm之间。初生硅的形貌为四边形,平均尺寸为10μm。随着高能超声功率的增加,Al-30Si基体合金及TiB2/Al-30Si复合材料的硬度明显提高;特别是当超声功率为1.2 kW时,复合材料的硬度达到412 MPa,是基体合金的1.3倍。复合材料的磨损性能得到明显提高,载荷的变化对复合材料的磨损量影响不大。     

原位反应温度对TiC/Al-4.5Cu复合材料组织与力学性能的影响

通过预制块在铸造Al-4.5Cu合金熔体中的自蔓延反应来制备TiCp/Al-4.5Cu复合材料,考察原位反应温度对该复合材料组织与力学性能的影响。结果表明,原位反应温度为950℃时所制备的复合材料力学性能较优;TiC颗粒呈小圆片状,与基体结合良好,无其他有害相生成。原位反应温度为900℃和1 000℃时所制备的复合材料组织中都有产生针状Al3Ti的倾向。     

P与稀土复合变质对Al-20Si合金中Si相形貌的影响

以Al-20Si合金为研究对象,添加Cu-P和Al-RE中间合金对其进行变质处理,采用SEM扫描电镜、X射线衍射仪和光学金相显微镜分析变质处理对合金中Si相形貌的影响。结果表明,P与Al反应生成AlP化合物,可以作为初生Si相的异质形核质点,显著细化初生Si,稀土吸附固溶在Si相的生长台阶,使Al-20Si合金中Si相的晶格常数增大,X射线衍射图谱发生小角度偏移;随着变质时间延长,合金中板条状的初生Si变得细小圆润,平均晶粒尺寸由85.6μm减小至13.2μm,共晶Si由长针状转变为短杆状,弥散分布在基体中,硬度(HB)由68.5提升至80.8。     

碳颗粒尺寸对自发渗透原位制备TiCp/Mg微观组织的影响

利用原位反应自发渗透技术制备了组织均匀且致密度高的TiCp/Mg复合材料, 研究了原位反应温度以及碳颗粒尺寸对制备的TiCp/Mg复合材料微观组织的影响.结果表明: 当使用大尺寸碳粒子(≤100μm)时, 随着反应温度的提高, 原位生成物TiCp的含量增加, 但有残留反应物Ti和C的存在; 碳粒子尺寸减小(≤30μm)时, 原位反应较完全, 不再有残留物存在; 原位反应产物组织中, 增强相TiCp主要呈互穿网络状、颗粒状以及片状等形态; 增强相的尺寸随碳粒子尺寸的减小而减小, 在碳颗粒尺寸为1.5μm时TiC更易呈现等轴颗粒状, 尺寸约为0.5～2.0μm.     

铸造Al-4.5%Cu合金熔体中TiCp的合成反应研究

通过预制块在铸造Al-4.5%Cu合金熔体中的自蔓延反应,制备了TiCp/Al-4.5%Cu原位复合材料,分析了TiC形成的热力学及其原位生成过程。试验结果表明,TiCp/Al-4.5%Cu原位复合材料的拉伸性能比基体合金有大幅度地提高;原位反应生成的TiC颗粒呈小圆片状,平均直径0.15μm,与基体结合良好,无界面有害相。提出了一种新的TiC颗粒合成机制:Al依次与Ti、C发生反应生成Al3Ti和Al4C3,同时放出大量的热引发了TiC的生成;Al3Ti和Al4C3作为中间反应产物,由于热力学上的不稳定,最终被TiC取代。     

固溶处理对CDS制备过共晶Al-Si合金组织的影响

采用固溶处理,研究CDS制备过共晶Al-18Si合金中初生Si相与共晶Si相形貌的变化。结果表明,随着固溶温度的升高和固溶时间的延长,初生Si相平均尺寸显著减小,经570℃×6h固溶后,合金中初生Si相尺寸为20.78μm;共晶Si的变化趋势和初生Si相似,均由针状逐渐粒化为近球状,经570℃×6h固溶后,合金中共晶Si尺寸为5.44μm,且分布趋向均匀。     

TiC/A1-4.5Cu原位复合材料的相结构特征

采用熔体接触反应法制备了TiC/Al-4.5Cu复合材料,通过光学显微镜、透射电镜等,对TiC颗粒增强Al-4.5Cu原位复合材料的相结构进行分析。结果表明,5%TiC/Al-4.5Cu原位复合材料的主要增强相为TiC;TiC弥散分布在α-Al基体中,与基体结合良好且界面光滑。在5%TiC/Al-4.5Cu原位复合材料中TiC呈球形或近球形,颗粒细小,其尺寸约为0.1～0.5μm;而在5%TiC/Al-4.5Cu-ХMg原位复合材料中TiC呈规则六边形,颗粒较大,其尺寸约为0.5～0.8μm。     

TiAl_3相对原位TiC/Al-4.5Cu复合材料高温磨损行为的影响

采用接触反应法制备了原位TiC/Al-4.5Cu复合材料,研究了微观组织中TiAl_3相对复合材料100~250℃高温下干摩擦磨损行为的影响。结果表明:高温下原位TiC/Al-4.5Cu复合材料磨损量均随载荷(15~55 N)增加而增加,但含TiAl_3相的复合材料磨损量始终较高。当载荷大于35 N,复合材料存在一个磨损加剧的临界转变温度;含TiAl_3相的复合材料该临界转变温度较低。TiAl_3相的存在降低了复合材料的耐磨性。     

反应热压(Al2O3+TiB2+Al3Ti)/Al复合材料的组织形成机制

采用B或B2O3、TiO2和Al粉反应热压制备了原位 (Al2O3 TiB2 Al3Ti)/Al复合材料,采用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜分析了原位复合材料的显微组织.热压状态下,反应生成相Al3Ti呈大块不规则形状,尺寸约几十微米; Al2O3和TiB2为细小弥散质点,TEM分析发现TiB2颗粒呈六边形,而Al2O3颗粒呈等轴状.在以Al粉、TiO2粉和B粉为原料制备的复合材料中,除反应生成了大块的Al3Ti相外,还有细小针状Al3Ti相沉淀析出,且呈弥散分布.热挤压后大块的Al3Ti被破碎成细小弥散质点.Al2O3在TiO2和B2O3粉末表面生成; TiB2在B或B2O3粉表面形成,因而均呈弥散分布,且尺寸细小.自TiO2中还原出的Ti溶入液态Al中形成Al3Ti时,Ti可在液态Al中长距离扩散,因而Al3Ti呈大块不规则状.     

反应热压（A12O3＋TiB2＋A13Ti）／Al复合材料的组织形成机制

采用B或B2O3、TiO2和Al粉反应热压制备了原位(Al2O3 TiB2 Al3Ti)／Al复合材料，采用光学显徽镜、扫描电镜和透射电镜分析了原位复合材料的显微组织。热压状态下，反应生成相Al3Ti呈大块不规则形状，尺寸约几十微米；Al2O3和TiB2为细小弥散质点，TEM分析发现TiB2颗粒呈六边形，而Al2O3颗粒呈等轴状。在以Al粉、TiO2粉和B粉为原料制备的复合材料中，除反应生成了大块的Al3Ti相外，还有细小针状Al3Ti相沉淀析出，且呈弥散分布。热挤压后大块的Al3Ti被破碎成细小弥散质点。Al2O3在TiO2和B2O3粉末表面生成；TiB2在B或B2O3粉表面形成，因而均呈弥散分布，且尺寸细小。自TiO2中还原出的Ti溶入液态Al中形成A13Ti时，Ti可在液态Al中长距离扩散，因而Al3Ti呈大块不规则状。     

Ce和Mg-Ce合金对Al-5Ti合金微观组织的影响

研究了稀土Ce及Mg-Ce对Al-5Ti合金微观结构的影响。结果表明,Al-5Ti合金基体上分布着条状的Al-Ti相,径向尺寸为50~100μm,轴向尺寸在200μm以上;添加0.3%的Ce后,形核相Al-Ti粒子转变为细羽毛状,尺寸明显减小,径向尺寸降低至10~50μm,分布变得均匀弥散;而添加1%的Mg-30Ce后,Al-5Ti合金中的Al-Ti粒子转变为细针状,轴向尺寸降低至20μm左右,径向尺寸降低至10~20μm;Mg元素的添加使Al-Ti粒子尺寸进一步降低,并在Al-Ti相的界面前沿发现富Mg颗粒相析出。比较Al-5Ti和Al-5Ti-1(Mg-30Ce)的细化效果发现,Al-5Ti-1(Mg-30Ce)对Al-Si合金的细化效果显著优于Al-5Ti合金。     

TiAl_3金属间化合物的形貌控制及其研究进展

TiAl_3的形貌及尺寸是影响原位生成金属间化合物增强金属基复合材料力学性能的关键因素。讨论了加入合金元素及调节工艺参数来控制TiAl_3金属间化合物形貌。同时,展望了TiAl_3形貌控制的发展方向。     

B-Cr变质对20%Mg_2Si/A356-1.3%Fe再生铝基复合材料组织和性能的影响

以A356-1.3%Fe再生铝合金为原材料,通过Mg-Si熔体直接反应制备20%Mg2Si/A356-1.3%Fe铝基复合材料,研究B和Cr对复合材料组织中初始Mg2Si和富Fe相变质行为以及研究变质处理对拉伸性能和耐磨性的影响。结果表明:B和Cr分别对复合材料中的初生Mg2Si相和β-Fe相具有较佳的变质效果,B-Cr复合能够实现初生Mg2Si相和β-Fe相的同步变质。针状Fe相全部转变成汉字状或骨骼状α-Fe相,长径比减小近90%,初生Mg2Si相由粗大的树枝晶状转变成细小的颗粒状,平均尺寸由70.2μm减小到36.4μm,约下降50%。与A356-1.3%Fe再生铝相比,复合材料的耐磨性提高约3倍,而经B-Cr变质的复合材料其抗拉强度提高27%,断裂应变提高73%。     

超声辅助激光沉积原位TiC-TiB2/Al-12Si铝基复合材料微观组织及摩擦磨损行为研究

以Ti、B₄C和Al-12Si粉末为原材料,通过超声辅助激光沉积制备了原位TiC-TiB₂/Al-12Si铝基复合材料。采用XRD、EDS分析了复合材料的物相组成,通过OM、SEM观察了复合材料的微观组织,利用摩擦磨损试验机和三维轮廓仪测试了复合材料的磨损性能。结果表明,随Ti+B₄C含量的增加,α-Al晶粒细化,原位生成的TiB₂呈棒状,且可成为α-Al的异质形核核心;原位生成的TiC为150nm多边形形貌。随Ti+B₄C含量的增加,原位TiC-TiB₂/Al-12Si铝基复合材料的耐磨性提高;未加入Ti+B₄C的Al-12Si合金磨损机制为疲劳磨损;当Ti+B₄C的加入量为8%(质量分数)时,磨损机制为磨粒磨损;当Ti+B₄C的加入量为10%时,其磨损机制转变为疲劳磨损。