Ti、Zr、B對耐熱鋁合金微觀組織的影響及EET理論分析.pdf

1、研究表明在鋁合金中加入Ti、Zr、B等元素，并合理分配它們的比例份額可以提高鋁合金的耐熱性，同時保持較好的導(dǎo)電性及強(qiáng)度。但對結(jié)果的理論解釋研究較少。
　　 通過掃描電鏡測試及透射電鏡測試研究了在純鋁中添加Ti、Zr、B等元素后的生成物及其對鋁合金微觀組織的影響，實(shí)驗(yàn)表明在原子數(shù)目比為
　　 (Ti+Zr)∶B＞1∶2的3種不同樣品中不僅有六方結(jié)構(gòu)的TiB2,ZrB2存在，還有立方結(jié)構(gòu)的Al3Ti和Al3Zr存在;而在原子

2、數(shù)目比為(Ti+Zr)∶B=1∶2的3種不同樣品中只發(fā)現(xiàn)了六方結(jié)構(gòu)的TiB2,ZrB2晶粒。另外金相結(jié)果顯示原子數(shù)目比為(Ti+Zr)∶B＞1∶2的3種樣品的晶粒度普遍小于原子數(shù)目比為(Ti+Zr)∶B=1∶2的3種樣品。即當(dāng)原子數(shù)目比為(Ti+Zr)∶B=1∶2時，細(xì)化程度不明顯，對電子的散射較少，導(dǎo)電性能受影響較少。
　　 通過EET理論中的鍵距差法（BondLengthDifference，簡稱BLD方法）分別計(jì)算了TiB

3、2,ZrB2,Al3Ti和Al3Zr的鍵能、共價電子數(shù)。結(jié)果表明TiB2的最強(qiáng)鍵鍵能、最強(qiáng)鍵的共價電子數(shù)遠(yuǎn)大于Al3Ti的最強(qiáng)鍵鍵能、最強(qiáng)鍵的共價電子數(shù)，所以Ti元素優(yōu)先和B元素結(jié)合成TiB2，當(dāng)B元素消耗完，Ti元素再與Al結(jié)合成Al3Ti。ZrB2的最強(qiáng)鍵鍵能、最強(qiáng)鍵的共價電子數(shù)遠(yuǎn)大于Al3Zr的最強(qiáng)鍵鍵能、最強(qiáng)鍵的共價電子數(shù)，所以Zr元素優(yōu)先和B元素結(jié)合成ZrB2，當(dāng)B元素消耗完，Zr再與Al結(jié)合成Al3Zr。即六方結(jié)構(gòu)的TiB2

4、、ZrB2優(yōu)先于立方結(jié)構(gòu)的Al3Ti和Al3Zr生成。這就解釋了掃描電鏡的實(shí)驗(yàn)結(jié)果:當(dāng)原子數(shù)目比為(Ti+Zr)∶B=1∶2時，只發(fā)現(xiàn)了六方結(jié)構(gòu)的晶粒(TiB2,ZrB2);當(dāng)原子數(shù)目比為(Ti+Zr)∶B＞1∶2時，既有六方結(jié)構(gòu)的晶粒(TiB2,ZrB2)存在，又有立方晶格結(jié)構(gòu)的晶粒(Al3Ti、Al3Zr)存在。
　　 分別計(jì)算α-Al與TiB2、ZrB2、Al3Ti和Al3Zr的最相似面的電子面密度差。Al3Ti的(111

5、)面和α-Al的最相似面(111)面的電子面密度差1.11％遠(yuǎn)小于TiB2的(0001)面與α-Al的最相似面(110)面的電子面密度差40.88％;Al3Zr的(111)面和α-Al的最相似面(111)面的電子面密度差20.05％遠(yuǎn)小于ZrB2的(0001)面與α-Al的最相似面(110)面的電子面密度差87.09％。因?yàn)殡娮用婷芏炔钤叫?，兩種物質(zhì)電子的連續(xù)性越好，越有助于α-Al的異質(zhì)形核，細(xì)化效果越顯著。所以原子數(shù)目比為(Ti+Z

6、r)∶B＞1∶2的樣品的晶粒度普遍小于原子數(shù)目比為(Ti+Zr)∶B=1∶2的樣品的晶粒度，與金相實(shí)驗(yàn)的結(jié)果相符合。而晶粒越小，晶界對電子的散射就越嚴(yán)重，進(jìn)而降低合金的導(dǎo)電性。所以，控制Ti、Zr、B的添加量，使原子數(shù)目比為(Ti+Zr)∶B=1∶2，此時只有TiB2,ZrB2生成，鋁合金的導(dǎo)電性較好。
　　 分別計(jì)算α-Al、TiB2,ZrB2,Al3Ti和Al3Zr的派-納力，計(jì)算結(jié)果為:0.05002、14.03272、7

7、.20934、0.43760、0.21664。TiB2,ZrB2,Al3Ti和Al3Zr派-納力較大，位錯無法從TiB2、ZrB2基體切過，只能采取繞過機(jī)制。當(dāng)它們大量細(xì)小彌散地分布在鋁基體中時，會對位錯起到很好的釘扎效果，提高再結(jié)晶溫度，使鋁合金保持良好耐熱性。
　　 綜合分析添加不同含量Ti、Zr、B后，對鋁合金的導(dǎo)電性、耐熱性的影響，可知應(yīng)使Ti、Zr、B的原子數(shù)目比為(Ti+Zr)∶B=1∶2，此時鋁合金既保持了良好的耐