论文部分内容阅读
本文分别用Al-Cu-Ti-C和Al-Cu-Ti-B系以微波加热（Microwave Heating,MH）和传统加热（Traditional Heating,TH）的方式制备了TiC和TiB2增强Al-Cu合金基复合材料。通过X射线衍射分析（XRD）、能谱分析（EDS）、扫描电子显微镜分析（SEM）、透射电子显微镜分析（TEM）、差热分析（DSC）等手段分析了反应产物的组成、形貌和分布,研究了增强体体积分数、球磨时间、加热方式对反应产物的影响。讨论了两体系反应的的热力学和动力学,并分别计算了微波加热和传统加热的反应活化能,探究了微波加热对化学反应的影响,揭示了反应的机理。此外还对两体系的复合材料进行了密度、硬度以及拉伸性能进行测试,得到了微波加热制备TiC（TiB2）增强Al-Cu合金基复合材料的最佳工艺。对Al-Cu-Ti-C系和Al-Cu-Ti-B系的反应机理研究,表明在这两种体系中Al先和Ti反应生成中间产物TiAl3,随后C原子和B原子将TiAl3中的Al置换出来形成TiC和TiB2。实验中以微波加热方式生成TiC和TiB2的反应活化能分别为41.4kJ/mol和33.8kJ/mol;以传统加热方式生成TiC和TiB2的反应活化能分别为270.0kJ/mol和113.8kJ/mol。对微观组织研究表明在Al-Cu-Ti-C系中球磨时间过短会导致大尺寸的TiAl3残留,增强体体积分数为5%时TiC在小范围内偏聚;增强体体积分数为15%时,TiC则发生严重的团聚;增强体体积分数为10%时,TiC分布均匀,球磨8小时后,体系反应较充分。微波加热的样品比传统加热的样品具有更小的增强体颗粒尺寸以及相对较均匀的分布。在Al-Cu-Ti-B系中TiB2团聚成环,提高球磨时间可以使体系中TiB2环尺寸降低。微波加热样品较传统加热样品反应得更充分。对样品进行致密性研究表明通过粉末冶金制备的复合材料致密性较差,经热压后可以得到致密性良好的材料。复合材料工艺及性能的研究表明以2kW功率微波加热合成TiC增强Al-Cu合金基复合材料的最佳工艺参数是:增强体体积分数为10%、球磨8h、在1273K保温5min,此时样品的硬度为105.5HV0.5,经热压后复合材料抗拉强度为367.0MPa,延伸率为8.09%,抗拉强度较相同参数下传统加热的复合材料提高14.6%。以2kW微波加热合成TiB2增强Al-Cu合金基复合材料的最佳工艺参数为:增强体体积分数为10%,球磨16h、在1273K保温5min,此时样品的硬度为102.4HV0.5,经热压后复合材料抗拉强度为329.1MPa,延伸率为6.26%,抗拉强度较相同参数下传统加热的复合材料提高30.1%。