(TiB2+Al3Ti)/ZL101原位复合材料的研究

论文摘要

原位合成技术是一种新型的材料制备技术。与外加增强体的复合材料相比,原位复合材料以其优异的综合力学性能而受到广泛关注。本文采用高温固—液反应法制备了（TiB2+Al3Ti）/ZL101原位复合材料,并对原位复合材料的增强相选择、增强相形成热力学、增强相与基体材料的金属学关系及强化机制等进行了深入研究。采用透射电镜对（TiB2+Al3Ti）/ZL101原位复合材料中增强相形貌、结构和分布进行了研究,测试了（TiB2+Al3Ti）/ZL101原位复合材料的力学性能,并借助金相显微镜、扫描电镜、透射电镜等测试方法对显微组织进行表征,获得的主要结果如下:（1）根据三水平四因素正交实验结果,综合考虑抗拉强度和延伸率两大性能指标,并采用方差和极差分析方法对试验结果进行分析。三水平四因素正交实验表明:（TiB2+Al3Ti）/ZL101原位复合材料的最佳成分配比为:1%TiB2,5%Al3Ti,熔炼温度为1000℃。（2）（TiB2+Al3Ti）/ZL101原位复合材料经过热处理后,抗拉强度为323MPa,延伸率为4.7%,硬度为121HB,分别较ZL101基体材料提高了23.3%、14.6%、23.5%。（3）金相显微组织分析表明:（TiB2+Al3Ti）/ZL101原位复合材料的α-Al枝晶晶粒尺寸较ZL101有十分明显细化,原位复合材料的共晶硅尺寸也较基体中细小得多。经过热处理后,复合材料中的共晶硅完全粒化,尺寸仅为5μm左右,而基体ZL101的共晶硅仅有部分粒化且尺寸在15μm左右。（4）TEM分析表明,原位复合材料中TiB2增强相为粒状,Al3Ti增强相为长棒状,两种增强相颗粒细小且均匀分布于α-Al基体中,且与α-Al的界面结合良好,对基体具有显著的晶粒细化效果。（5）（TiB2+Al3Ti）/ZL101原位复合材料主要强化机制为细晶强化、固溶强化、弥散强化和位错强化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 复合材料概述
• 1.1.1 复合材料的定义和分类
• 1.1.2 金属基复合材料的种类和基本性能
• 1.1.3 金属基复合材料制备方法
• 1.2 金属基原位复合材料的概述
• 1.2.1 原位复合材料的定义
• 1.2.2 金属基原位复合材料的特点
• 1.2.3 金属基原位复合材料的制备方法
• 1.2.4 金属基原位复合材料的应用
• 1.2.5 原位复合材料的研究方法
• 1.3 原位复合材料研究热点
• 1.4 研究意义及研究内容
• 1.4.1 研究意义
• 1.4.2 研究内容
• 2 热力学原理及转变动力学
• 2.1 引言
• 2.2 增强相的形成热力学
• 2.2.1 吉布斯函数判据
• 2.2.2 增强相形成热力学
• 2.3 增强体的转变动力学
• 2.4 小结
• 3 材料的制备
• 3.1 引言
• 3.2 复合材料成分的选择
• 3.2.1 增强相的选择
• 3.2.2 基体的选择
• 3.3 实验材料
• 3.4 实验设备
• 3.4.1 熔炼浇注设备
• 3.4.2 热处理设备
• 3.4.3 力学性能检测设备
• 3.4.4 显微分析设备
• 3.5 实验方案
• 3.5.1 复合材料制备方案
• 3.5.2 合金成分的优化设计
• 3.5.3 复合材料热处理工艺
• 3.6 小结
• 2+Al₃Ti）/ZL101 原位复合材料正交实验的研究'>4 （Tib₂+Al₃Ti）/ZL101 原位复合材料正交实验的研究
• 4.1 正交实验及结果分析
• 4.1.1 三水平四因素正交实验结果
• 4.1.2 极差分析
• 4.1.3 方差分析
• 2+Al₃Ti）/ZL101 原位复合材料最佳成分确定'>4.2 （Tib₂+Al₃Ti）/ZL101 原位复合材料最佳成分确定
• 2+Al₃Ti）/ZL101 最佳成分性能验证'>4.3 正交实验所确定的（Tib₂+Al₃Ti）/ZL101 最佳成分性能验证
• 4.4 小结
• 2+Al₃Ti）/ZL101 原位复合材料的分析讨论'>5 （Tib₂+Al₃Ti）/ZL101 原位复合材料的分析讨论
• 5.1 金相组织的观察与分析
• 5.2 增强相的观察与分析
• 5.2.1 实验方法及原理
• 5.2.2 衍射花样的标定
• 2 的相结构分析'>5.2.3 TiB₂的相结构分析
• 3Ti 的相结构分析'>5.2.4 Al₃Ti 的相结构分析
• 5.3 断口形貌的观察与分析
• 5.4 动态拉伸过程的分析
• 5.5 小结
• 2+Al₃Ti）/ZL101 复合材料强化机制的研究'>6 （Tib₂+Al₃Ti）/ZL101 复合材料强化机制的研究
• 6.1 强化机制
• 6.1.1 细晶强化
• 6.1.2 固溶时效强化
• 6.1.3 弥散强化
• 6.1.4 位错强化
• 6.2 原位复合材料组织对延伸率的贡献
• 6.3 小结
• 7 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文