【摘 要】
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铝基复合材料有着良好的强度、韧性搭配,在保证比强度高耐磨、耐疲劳优良的前提下还能有较低的密度和导电导热性能,在飞机、汽车等工业领域得到了广泛的应用。Al3Ti增强相能有效的提高铝基复合材料的强度、细化组织,并强化材料的机械性能,因而受到越来越多的关注。但Al3Ti增强铝基复合材料的制备工艺还不成熟,并且还存在材料创新力不足、原料污染等问题。基于此,本文采用TiH2作为钛源,在粉末冶金工艺优化的基础
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铝基复合材料有着良好的强度、韧性搭配,在保证比强度高耐磨、耐疲劳优良的前提下还能有较低的密度和导电导热性能,在飞机、汽车等工业领域得到了广泛的应用。Al3Ti增强相能有效的提高铝基复合材料的强度、细化组织,并强化材料的机械性能,因而受到越来越多的关注。但Al3Ti增强铝基复合材料的制备工艺还不成熟,并且还存在材料创新力不足、原料污染等问题。基于此,本文采用TiH2作为钛源,在粉末冶金工艺优化的基础上研究了增强相Al3Ti的原位反应过程及该原位自生增强相对复合材料机械性能的影响。本文在广泛查阅相关文献及初步实验探索的基础上,确定了复合材料的制备工艺并成功制备了Al3Ti增强铝基复合材料。主要开展了以下几方面工作:（1）采用机械球磨法制备Al-TiH2混合粉末,并系统研究了球磨转速、球磨时间和原料氢化钛的颗粒度等参数对粉末混合过程的影响。发现球磨转速的提升和球磨时间的延长不会显著改变混合粉末的物相组成,但会对粉末的形貌产生明显影响,主要表现为氢化钛颗粒的破碎和铝颗粒的层片化,长时间、高转速的球磨还会使层片状的铝颗粒发生严重的冷焊,最终确定了以10μm的氢化钛作为原料、转速200r/min、球磨时间4h为最佳混粉工艺。（2）探索了Al3Ti/Al复合材料的制备工艺,并通过热力学分析研究了试样在烧结过程中的反应机理。确定了SPS+后烧结10h为最终的制备工艺,Al3Ti增强相的存在大大提高了试样的耐磨性能;通过热力学计算得出试样在烧结过程中主要发生了氢化钛的分解和Al与Ti反应生成Al3Ti的过程,氢化钛的分解主要分为两个阶段（TiH2→TiHx→α-Ti）,Al元素的存在促进了TiHx分解生成α-Ti的过程,使得氢化钛的分解开始、终止温度提前,温度跨度减小。（3）采用上述得出的最佳制备工艺,改用Al-Si-Cu为基体,并添加了Fe、Sn元素,以制备耐磨性能优良的Al3Ti/Al-Si-Cu复合材料。Al3Ti/Al-Si-Cu复合材料相比于Al3Ti/Al复合材料,其摩擦系数从0.751下降至0.439,磨损率也降低了约98%;Al3Ti/Al-Si-Cu复合材料对比Al-Si-Cu复合材料,原位Al3Ti增强相的存在进一步提升了复合材料的耐磨性能,摩擦系数从0.495降至0.439,磨损率下降了约85%。
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