原位反应法制备TiB_2/2024复合材料及组织性能研究

【摘要】金属基复合材料由于具有比较高的强度和刚度，较好的耐磨性、耐疲劳及耐高温性能受到了工业应用的广泛关注。而铝基复合材料由于具备金属基复合材料的其他优点之外，还具有轻质化及较高的弹性模量等特点，使得铝基复合材料的研究包括不断更新的制备工艺与优越的使用性能，成为了人们关注的热点课题。本论文利用原位反应法的Al-Ti-B体系，使用TiO2和KBF4作为反应溶剂制备出增强体粒子TiB2。在一定温度下，将反应剂粉末混合均匀之后加入到一定温度的熔融2024铝合金基体中，并不断施加搅拌使得反应充分进行，在反应物溶剂添加完全后继续搅拌一段时间以使生成的TiB2能更加均匀的分布于基体合金中，充分反应后熔体再静置一定时间，然后扒渣、浇注。对制备出的材料萃取之后XRD物相分析发现增强粒子除TiB2，还有一定的TiB的生成，即增强相可以认定为TiBx。此外也检测到有反应的中间产物Al2O3和Al3Ti的生成。将制备的圆柱状铸锭首先进行均匀化处理。然后对试样进行热挤压变形处理，制备出小尺寸的棒材。热挤压使得材料的致密度得到了显著提高，铸造缺陷如缩孔、缩松等也明显减少，从而制备出了力学性能更好的复合材料。由其高倍下的金相组织图可以看出：沿材料的纵切面的组织分布呈流线型，条状颗粒也沿挤压方向流线分布。对制备的2024铝合金和TiB2/2024的铸态试样及挤压试样进行T6处理，热处理采用交叉试验，寻找最优值，从而得到使得TiB2/2024复合材料的组织与性能均得到提高的T6处理工艺参数。本文还对热处理前后的铸态2024和TiB2/2024复合材料以及热挤压之后的2024和TiB2/2024复合材料的力学性能（拉伸性能及耐磨性）进行了检测研究。力学性能的测试结果表明：TiB2/2024复合材料的磨损性能相对于基体材料2024有一定程度的提高。在经过T6处理之后2024与TiB2/2024复合材料的抗拉强度与耐磨性均有所上升，同时韧性会有轻微的损失。说明T6处理提高了材料的强度。但在经过热挤压处理之后，基体材料2024与制备的TiB2/2024复合材料的强度与塑、韧性都得到了提高；而且经过T6处理的挤压变形TiB2/2024复合材料的致密度提高，材料沿挤压方向的强度及韧性都能保持很高的水平。与此同时，其耐磨性也提高到了较高的水平，硬度值也是对比实验值中最高的。说明了在挤压TiB2/2024铝合金复合材料中，TiB2的生成在不损失复合材料延展性的前提下，提高了材料的强度。
【作者】邢宁宁；
【导师】赵宇光；
【作者基本信息】吉林大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】TiBx/2024复合材料；熔体直接反应法；热挤压；T6热处理；力学性能；

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