基于SHS技术制备原位颗粒增强镁基复合材料

论文摘要

首次采用Al-Ti-B4C和Mg-B2O3-TiO2体系SHS（Self-propagating High-temperature Synthesis）制备颗粒增强镁基复合材料。根据不同技术特点,Al-Ti-B4C体系SHS反应制得含有纯铝和陶瓷颗粒的母合金,重熔于镁液后制得原位颗粒增强镁基复合材料;Mg-B2O3-TiO2体系采用直接在镁液中发生热爆反应的“热爆+浇铸”的方法制备了原位颗粒增强镁基复合材料。通过对Al-Ti-B4C和Mg-B2O3-TiO2体系SHS反应的热力学进行分析,可知Al-Ti-B4C体系在Al含量小于60%,Mg-B2O3-TiO2体系中Mg的加入量小于70%时,两种体系的SHS反应都可以自发进行,而且绝热温度随起始温度的升高而升高。Al-Ti-B4C体系可在1200～1500℃的温度下,反应生成TiC和TiB2颗粒。DTA和热爆试验表明,由于Al起催化剂作用,Al-Ti间反应放出的热量,使得Ti-B4C间的反应在一个相对较低的温度条件下发生。Mg-B2O3-TiO2体系的反应可在镁的熔炼温度（<800℃）下自发进行。Mg-B2O3-TiO2体系内包含了三个放热反应,Mg-B2O3-TiO2反应的温度介于Mg-B2O3和Mg-TiO2两者的反应温度之间。对Mg-B2O3-TiO2体系“热爆+浇铸”工艺的研究表明:搅拌促进颗粒均匀分布;延长混粉时间促进SHS反应;提高预热温度则缩短反应开始时间并促进SHS反应;适当的保温时间有利于形成合适的颗粒形貌。XRD和SEM对两种复合材料进行的微观分析表明,原位颗粒细小（约2μm）,TiC和MgO呈球形,TiB2呈方形。无论拉伸强度还是硬度,这两种复合材料相对基体都有明显的提高。5%Al-Ti-B4C体系制备的复合材料的拉伸强度、硬度分别比基体提高了约24.5%和30%。5%Mg-B2O3-TiO2体系制备的复合材料的拉伸强度、硬度分别比基体提高了约26%和32%。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 项目研究的目的和意义
• 1.2 镁合金的基本特点
• 1.3 镁合金的应用状况
• 1.3.1 在汽车上的应用
• 1.3.2 在电子工业中的应用
• 1.3.3 镁合金在应用中存在的问题
• 1.4 当前镁合金研究的主要方面
• 1.5 内生颗粒增强镁基复合材料
• 1.5.1 内生复合的特点
• 1.5.2 内生颗粒增强镁基复合材料的制备工艺
• 1.5.3 内生颗粒增强镁基复合材料的性能
• 1.6 本文研究的目标及主要内容
• 1.6.1 预期能达到的目标
• 1.6.2 本选题研究的主要内容和重点
• 第二章 试验内容与研究方案
• 2.1 制备体系的选择
• 2.1.1 基体
• 2.1.2 增强相
• 2.2 技术方案
• 2.3 试验步骤
• 2.4 实施方案所需的条件
• 2.5 原材料
• 2.6 复合材料的制备及测试
• 2.6.1 预制块的制备
• 2.6.2 热爆反应
• 2.6.3 反应浇铸
• 2.6.4 测试技术
• 第三章 热爆反应的热力学分析
• 3.1 SHS反应热力学
• 4C体系的反应热力学'>3.2 Al-Ti-B₄C体系的反应热力学
• T,P的计算'>3.2.1 △G_T,P的计算
• 3.2.2 绝热温度的计算
• 2O₃-TiO₂体系的反应热力学'>3.3 Mg-B₂O₃-TiO₂体系的反应热力学
• 2O₃-TiO₂体系的Gibbs自由能'>3.3.1 Mg-B₂O₃-TiO₂体系的Gibbs自由能
• 2O₃-TiO₂-Mg体系的绝热温度'>3.3.2 B₂O₃-TiO₂-Mg体系的绝热温度
• 2颗粒增强镁基复合材料'>第四章 原位TiC和TiB₂颗粒增强镁基复合材料
• 4C体系的DTA分析'>4.1 Al-Ti-B₄C体系的DTA分析
• 4.2 微观分析
• 4.2.1 物相分析
• 4.2.2 形貌分析
• 2颗粒增强镁基复合材料'>第五章 原位MgO和TiB₂颗粒增强镁基复合材料
• 2O₃-TiO₂体系的差热分析'>5.1 Mg-B₂O₃-TiO₂体系的差热分析
• 2O₃-TiO₂体系的微观分析'>5.2 Mg-B₂O₃-TiO₂体系的微观分析
• 5.2.1 XRD分析
• 5.2.2 SEM分析
• 5.3 工艺参数的影响
• 5.3.1 搅拌的影响
• 5.3.2 混粉时间的影响
• 5.3.3 预热温度的影响
• 5.3.4 保温时间的影响
• 第六章 镁基复合材料的力学性能
• 5.1 复合材料的抗拉强度及其断口形貌
• 5.1.1 抗拉强度
• 5.1.2 断口形貌
• 5.2 复合材料的硬度
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究生在读期间发表的论文