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原位合成Al-Ti金属间化合物增强铝基复合材料制备研究

2020-12-13阅读(388)

原位合成Al-Ti金属间化合物增强铝基复合材料制备研究

论文摘要

能源问题是以后将要面临的一个重要问题。而铝的储量就金属而言位居第一,现广泛应用于建筑、高速列车、航空航天等领域,是实现轻量化的首选材料。铝基复合材料的开发具有重要意义,其性能可与某些低碳合金钢相媲美,这大大减少了黑色金属的使用,缓解了对黑色金属的依赖。那么复合材料的制备就变得非常重要,用原位制备的复合材料具有生成的增强相尺寸细小、与基体的界面无污染且润湿性好等优点,这是外加增强相所不具备的。但也存在工艺复杂、成本高、基体所含增强相的体积分数有限等问题,这是复合材料的进一步开发与应用的瓶颈。本课题采用搅拌原位合成法来制备TiAl3/7075铝基复合材料。原位生成的TiAl3相具有密度与基体相差不多、与基体的润湿性好且热膨胀率相似等优点。本课题利用稀土Y及超声波处理来增大复合材料中Ti的含量,大幅度提高材料的性能,为扩大复合材料的应用提供思路。研究的内容如下：通过热力学分析及试验现象确定最佳的反应加入物,建立反应体系的动力学模型,导出其动力学方程,分析影响体系反应速率的因素,即Ti颗粒的起始尺寸、边界层的厚度、扩散系数、体系温度。研究了不同Ti含量对TiAl3/7075铝基复合材料的组织及性能影响,找出了Ti的最佳加入量,分析了搅拌及保温时间对TiAl3相形貌及分布的影响,以及TiAl3相形貌与Ti含量的关系,分析了TiAl3相形成的机理及影响因素,对复合材料性能变化的规律进行了讨论。研究了稀土Y对复合材料组织的影响,发现稀土Y的加入改变了基体晶粒尺寸、TiAl3相形貌及分布,并对其原因进行了分析,确定了稀土Y对基体及复合材料的最佳加入量。研究了超声处理对基体及复合材料的组织及性能的影响,分析了超声时间、功率、施振方式对基体组织的影响,确定了制备含Ti量为1-6wt.%复合材料的工艺,分析了超声处理与TiAl3相形貌变化的关系。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 高强铝合金的研究与发展
  • 1.2.1 国内外高强铝合金的发展概况
  • 1.2.2 高强铝合金强韧化的研究状况
  • 1.3 原位反应制备铝基复合材料的研究及发展
  • 1.3.1 增强相的选择
  • 1.3.2 原位合成技术
  • 1.3.3 原位合成技术的发展
  • 1.4 材料组织的控制
  • 1.4.1 稀土对铝合金及其复合材料的影响
  • 1.4.2 超声处理对铝合金及其复合材料的影响
  • 1.5 本课题的意义及研究内容
  • 1.5.1 本课题的意义
  • 1.5.2 本课题的研究内容
  • 第2章 实验方法
  • 2.1 实验体系用材料
  • 2.1.1 增强相选择
  • 2.1.2 基体的选择
  • 2.1.3 反应物的选择
  • 2.2 研究方法和研究步骤
  • 3/7075铝基复合材料的工艺分析'>2.2.1 原位合成TiAl3/7075铝基复合材料的工艺分析
  • 3/7075铝基复合材料'>2.2.2 搅拌-原位生成TiAl3/7075铝基复合材料
  • 3/7075铝基复合材料'>2.2.3 稀土Y变质处理原位合成TiAl3/7075铝基复合材料
  • 3/7075铝基复合材料'>2.2.4 超声处理原位合成TiAl3/7075铝基复合材料
  • 2.3 样品表征
  • 2.3.1 金相观察
  • 2.3.2 物相分析
  • 2.3.3 扫描电镜及能谱分析
  • 2.4 力学性能测试
  • 2.4.1 拉伸实验
  • 2.4.2 硬度测试
  • 3/7075铝基复合材料的工艺分析'>第3章 原位合成TiAl3/7075铝基复合材料的工艺分析
  • 3.1 引言
  • 3.2 热力学分析
  • 3.3 反应加入物的选择
  • 3.4 反应的动力学分析
  • 3.5 本章结论
  • 3/7075铝基复合材料的组织及性能研究'>第4章 搅拌—原位合成TiAl3/7075铝基复合材料的组织及性能研究
  • 4.1 引言
  • 4.2 7075铝合金的的微观组织
  • 3/7075铝基复合材料显微组织的影响'>4.3 Ti对TiAl3/7075铝基复合材料显微组织的影响
  • 4.3.1 加入Ti后7075铝合金的组织特征
  • 4.3.2 搅拌和保温处理对TiAl3相的分布及形貌的影响
  • 3/7075铝基复合材料组织的影响'>4.3.3 Ti含量对TiAl3/7075铝基复合材料组织的影响
  • 3相形貌形成机理的分析'>4.3.4 TiAl3相形貌形成机理的分析
  • 4.3.5 细化机制的分析
  • 3/7075铝基复合材料性能的影响'>4.4 Ti对TiAl3/7075铝基复合材料性能的影响
  • 3/7075铝基复合材料的力学性能'>4.4.1 TiAl3/7075铝基复合材料的力学性能
  • 4.4.2 复合材料的断口分析
  • 4.4.3 复合材料性能变化的机理分析
  • 4.5 本章小结
  • 3/7075铝基复合材料组织的影响'>第5章 稀土Y对TiAl3/7075铝基复合材料组织的影响
  • 5.1 前言
  • 5.2 稀土Y对7075铝合金铸态组织的影响
  • 3/7075铝基复合材料铸态组织的影响'>5.3 稀土Y对TiAl3/7075铝基复合材料铸态组织的影响
  • 5.4 本章结论
  • 3/7075铝基复合材料的组织及性能影响'>第6章 超声处理对原位合成TiAl3/7075铝基复合材料的组织及性能影响
  • 6.1 前言
  • 6.2 超声处理对7075铝合金组织的影响
  • 3/7075铝基复合材料组织的影响'>6.3 超声处理对TiAl3/7075铝基复合材料组织的影响
  • 6.4 超声处理对基体及其复合材料组织影响的机理分析
  • 3/7075铝基复合材料的性能影响'>6.5 超声处理对原位合成TiAl3/7075铝基复合材料的性能影响
  • 3/7075铝基复材料的拉伸性能'>6.5.1 TiAl3/7075铝基复材料的拉伸性能
  • 3/7075铝基复材料的断口分析'>6.5.2 TiAl3/7075铝基复材料的断口分析
  • 6.6 复合材料性能变化的机理分析
  • 6.7 本章小结
  • 第7章 结论与展望
  • 7.1 结论
  • 7.2 展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 攻读学位期间的研究成果

    • 相关论文文献

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