原位內(nèi)生TiB2顆粒增強(qiáng)6063鋁基復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、本文以6063鋁合金為基體，Al-ZiO2-B2O3為反應(yīng)體系，預(yù)先高能球磨反應(yīng)物，然后在低溫條件下通過(guò)熔體原位反應(yīng)技術(shù)成功制備原位TiB2顆粒增強(qiáng)6063鋁基復(fù)合材料。利用XRD、OM、SEM、EDS和TEM等分析測(cè)試手段，研究了高能球磨、原位反應(yīng)、熱處理以及高能超聲等工藝參數(shù)對(duì)復(fù)合材料微觀組織的影響，并分析了復(fù)合材料的相組成、原位顆粒尺寸、形貌、分布以及不同體積分?jǐn)?shù)的顆粒對(duì)基體合金晶粒尺寸的影響。此外，分別測(cè)試了基體及復(fù)合材料的室溫

2、拉伸性能，并討論了作用機(jī)理。
　　高能球磨對(duì)反應(yīng)物物相影響的研究結(jié)果表明，隨著球磨時(shí)間的延長(zhǎng)及轉(zhuǎn)速的增加，A1-TiO2-B2O3體系沒(méi)有發(fā)生固態(tài)反應(yīng)，但A1、ZiO2和B2O3的峰值變?nèi)?，形狀逐漸變寬，反應(yīng)物粒度減小。
　　高能球磨對(duì)熔體反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間的研究結(jié)果表明，高能球磨反應(yīng)物降低了熔體反應(yīng)溫度、縮短了反應(yīng)時(shí)間，溫度從傳統(tǒng)的850℃降低至740℃，時(shí)間從30 min縮短至15 min，且反應(yīng)全部完成。最佳的球磨時(shí)間

3、為8h，轉(zhuǎn)速為250rmp，球料比為7∶1。此時(shí)，熔體反應(yīng)合成的TiB2顆粒細(xì)小，呈近圓形，平均尺寸小于700 nm，表面光滑無(wú)棱角，并沿著晶界分布，與基體合金間的界面純凈，無(wú)污染，且結(jié)合緊密。
　　原位TiB2顆粒體積分?jǐn)?shù)對(duì)基體晶粒尺寸影響的研究結(jié)果表明，基體晶粒尺寸隨著TiB2顆粒體積分?jǐn)?shù)的增加而減小。當(dāng)增強(qiáng)顆粒體積分?jǐn)?shù)為3 vol.％時(shí)，基體晶粒平均尺寸約為30μn，超過(guò)這一體積分?jǐn)?shù)，晶粒的細(xì)化效果不再明顯。
　　高能

4、超聲對(duì)復(fù)合材料微觀組織的研究結(jié)果表明，相比于超聲處理前，在超聲功率為1.2 kW，作用時(shí)間為4 min時(shí)，TiB2顆粒團(tuán)聚簇破碎，分散為尺寸細(xì)小的顆粒增強(qiáng)團(tuán)，且分布趨于均勻。
　　力學(xué)拉伸性能研究結(jié)果表明，隨著TiB2顆粒體積分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度較基體合金顯著提高。當(dāng)原位TiB2顆粒體積分?jǐn)?shù)為3 vol.％時(shí)，復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度達(dá)到了191 MPa和158MPa，分別為6063鋁合金基體的1.23和1

5、.37倍。T6熱處理后，復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度達(dá)到了301MPa，為熱處理前的1.57倍。高能超聲處理后，復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率較高能超聲處理前顯著提高，在超聲功率為1.2kW，作用時(shí)間為4min時(shí)，復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分別為247 MPa和16％。
　　拉伸斷口形貌研究結(jié)果表明，基體合金的拉伸斷口呈現(xiàn)出準(zhǔn)解理和部分小韌窩混合型斷裂特征，而復(fù)合材料則表現(xiàn)出良好的韌窩斷裂特征。TiB2/6063鋁基復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)制以細(xì)晶強(qiáng)化