论文题目: TiC颗粒增强镁基复合材料的制备
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料加工工程
作者: 李新林
导师: 姜启川
关键词: 中间合金,镁合金,复合材料,晶体生长
文献来源: 吉林大学
发表年度: 2005
论文摘要: 首次采用XD 法并结合半固态搅熔工艺成功地制备出TiC 颗粒增强镁基复合材料,很好地解决了镁基复合材料制备过程中存在的由于传统外加陶瓷颗粒润湿性差而难以直接加入到金属熔体中以及界面污染等关键科学问题。在将TiC/Al 中间合金加入到纯镁熔体中进行重熔实验时,首次发现了在Al-Ti-C 体系SHS 反应过程中残留下来的针状Al3Ti 亚稳相向TiC+Al 转变的动态过程,并建立了Al3Ti 向TiC+Al 演变的动力学模型,为进一步深入揭示Al-Ti-C 体系的SHS 反应机理提供了直观形象的科学依据。首次在Al-Ti-C 体系SHS 反应形成的TiC 中发现了TiC 生长条纹,并通过对TiC 生长条纹的研究,提出了TiC 二维晶核台阶侧向生长机制,并给出了年轮状层层包裹与金字塔状层层堆积这两种TiC 晶体生长模型。Al-Ti-C 体系SHS 反应形成的圆整光滑近球形TiC 宏观上虽然具有按粗糙界面连续长大的的特征,但由于TiC 的Jackson 因子高达5~7,其微观生长机制始终为二维晶核台阶侧向生长,并未发生由侧向生长机制向连续生长机制的转化。另外,用现代PBC 理论比较成功地解释了Al-Ti-C 体系SHS 反应形成的八面体TiC晶体生长形貌,是以{111}面为外表面的八面体。对TiC/Al 中间合金在纯镁熔体中进行的重熔及脱粘研究表明,TiC/Al 中间合金中的Al 与熔体中的Mg 可以发生互扩散, TiC/Al 中间合金中的Al 最后几乎完全扩散到镁熔体中而成为镁的合金化元素,同时熔体中的Mg 也充分扩散到中间合金中,此时TiC/Al 中间合金已经完全转变为TiC/Mg 中间合金,TiC 颗粒在AZ91 镁合金中能稳定存在,说明是AZ91 镁合金合适的增强体,这为XD 法制备TiCp/AZ91 镁基复合材料的可行性提供了科学理论依据。在Al-Ti-C 体系SHS 反应形成TiC 颗粒的动力学影响因素中, Al 含量对TiC 颗粒尺寸影响最大。C 粉粒度和C/Ti 比对SHS 反应产物相组成及TiC 颗粒形貌有着重要的影响。对TiC 颗粒在AZ91 镁合金熔体中均匀分布的动力学影响因素(搅拌温度、搅拌速度和搅拌时间等)进行了详细研究,并优化出半固态机械搅拌制备TiCp/AZ91 镁基复合材料的较佳工艺参数,成功地制备出TiC 颗粒在AZ91镁合金基体中均匀分布的TiCp/AZ91 镁基复合材料。最后,对TiC 颗粒增强镁基复合材料的室温拉伸强度和硬度以及磨粒磨损行为进行了测试,为TiC颗粒增强镁基复合材料的制备提供了可供参考的数据与依据。开辟了一条制备颗粒增强镁基复合材料的新途径。
论文目录:
第1章 绪论
1.1 选题意义
1.2 镁基复合材料的研究现状
1.2.1 传统镁基复合材料的制备技术
1.2.1.1 搅拌铸造
1.2.1.2 挤压铸造
1.2.1.3 熔体浸渗
1.2.1.4 粉末冶金
1.2.1.5 喷射沉积
1.2.2 原位颗粒增强镁基复合材料的制备技术
1.2.2.1 自蔓延高温合成
1.2.2.2 混合盐反应法
1.2.2.3 机械合金化
1.2.2.4 反应浸渗
1.2.2.5 接触反应法
1.2.2.6 XD 法
1.2.2.7 其他方法
1.3 研究内容
第2章 实验方法
2.1 实验用原材料
2.2 研究方法
2.2.1 TiC/Al 中间合金的制备
2.2.2 TiC/Al 中间合金在镁合金液中的重熔及脱粘
2.2.3 TiC 颗粒在AZ91 镁合金熔体内的均匀化
2.3 研究技术路线
2.4 差热分析实验
2.5 样品表征
2.5.1 X 射线衍射分析
2.5.2 直读光谱分析
2.5.3 扫描电镜和能谱分析
2.6 力学性能测试
2.6.1 拉伸强度测试
2.6.2 硬度测试
2.7 磨损性能测试
第3章 TiC/Al 中间合金的制备
3.1 引言
3.2 Al-Ti-C 体系SHS 反应机制
3.3 Al-Ti-C 体系SHS 反应的动力学影响因素
3.3.1 粉末粒度对SHS 反应过程的影响
3.3.1.1 钛粉粒度对SHS 反应过程的影响
3.3.1.2 铝粉粒度对SHS 反应过程的影响
3.3.1.3 碳粉粒度对SHS 反应过程的影响
3.3.2 工艺参数对产物相组成和TiC 颗粒尺寸及形貌的影响
3.3.2.1 Al 含量对产物相组成和TiC 颗粒尺寸及形貌的影响
3.3.2.2 钛粉粒度对产物相组成和TiC 颗粒尺寸及形貌的影响
3.3.2.3 碳粉粒度对产物相组成和TiC 颗粒尺寸及形貌的影响
3.3.2.4 C/Ti 比对产物相组成和TiC 颗粒尺寸及形貌的影响
3.4 外加TiC 稀释剂对Al-Ti-C 体系SHS 反应的影响
3.4.1 Al-Ti-C-TiC(稀释剂)体系SHS 反应机理研究
3.4.2 外加TiC 对SHS 产物相组成和TiC 颗粒尺寸及形貌的影响
3.5 本章小结
第4章 TiC 晶体生长形貌及生长机制
4.1 引言
4.2 晶体生长形态与生长速率间的关系
4.3 球形TiC 的生长机制
4.4 八面体TiC 晶体的生长机制
4.5 本章小结
第5章 TiC_p/AZ91 镁基复合材料的制备
5.1 镁合金熔体表面防护技术
5.1.1 镁合金熔体表面燃烧机制
5.1.2 镁合金熔炼阻燃方法
5.1.2.1 熔剂保护法
5.1.2.2 气体保护法
5.1.2.3 合金化阻燃法
5.2 TiC/Al 中间合金重熔及脱粘的动力学影响因素
5.3 TiC 颗粒在镁熔体中稳定性的动力学影响因素
5.4 TiC 颗粒在AZ91 镁合金熔体中均匀分布的动力学影响因素
5.4.1 TiC_p/AZ91 镁基复合材料熔体表观粘度的影响因素
5.4.2 TiC 颗粒在AZ91 镁合金熔体中均匀分布的动力学影响因素
5.4.2.1 液态搅拌法制备TiC_p/AZ91 镁基复合材料
5.4.2.2 半固态搅熔法制备TiC_p/AZ91 镁基复合材料
5.4.2.3 TiC_p/AZ91 镁基复合材料气孔率的测定
5.5 TiC_p/AZ91 镁基复合材料界面
5.6 本章小结
第6章 TiC_p/AZ91 镁基复合材料力学性能和磨粒磨损行为
6.1 TiC_p/AZ91 镁基复合材料的力学性能
6.1.1 TiC_p/AZ91 镁基复合材料的铸态组织及拉伸强度
6.1.2 TiC_p/AZ91 镁基复合材料拉伸断口形貌
6.2 TiC_p/AZ91 镁基复合材料的磨粒磨损行为
6.2.1 载荷对TiC_p/AZ91 镁基复合材料耐磨性的影响
6.2.2 磨粒粒度对TiC_p/AZ91 镁基复合材料耐磨性的影响
6.3 TiC_p/AZ91 镁基复合材料的磨粒磨损形貌
6.4 本章小节
第7章 结论
参考文献
攻博期间发表的学术论文及其它成果
摘要
Abstract
致谢
发布时间: 2005-08-26
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