Al-SiO 2 體系反應(yīng)生成納米Al 2 O 3p /Al復(fù)合材料的機(jī)理
發(fā)布時間：2021-10-30 15:44
采用放熱彌散法,利用Al和納米SiO2混合粉末,原位制備了納米α-Al2O3p/Al復(fù)合材料。用X射線衍射儀、掃描電鏡、差示掃描量熱法以及能譜儀分析了復(fù)合材料的組織組成,并研究了該體系的反應(yīng)機(jī)理。結(jié)果表明,Al-納米SiO2體系經(jīng)900℃保溫30 min可以反應(yīng)完全,生成納米Al2O3和Si,其中納米Al2O3的體積分?jǐn)?shù)可達(dá)7%且在鋁基體上均勻分布;該體系的反應(yīng)激活能隨著反應(yīng)的進(jìn)行不斷提高,說明在該體系化學(xué)反應(yīng)的最后階段必須提供足夠能量,才能保證反應(yīng)進(jìn)行完全。
【文章來源】：特種鑄造及有色合金. 2020,40(08)北大核心
【文章頁數(shù)】：5 頁
【部分圖文】：
Al-納米SiO2反應(yīng)體系的DSC曲線
圖4為不同溫度下Al/納米SiO2混合粉末連續(xù)加熱的DSC曲線�？梢钥闯�,隨著加熱速率增加,DSC曲線中相應(yīng)的放熱峰向較高的溫度移動。原因是當(dāng)加熱速率增加時,反應(yīng)時間縮短。控制化學(xué)反應(yīng)的因素,如反應(yīng)物的傳遞和擴(kuò)散等都與時間有關(guān)[16,19],當(dāng)加熱速率變大時,雖然單位時間內(nèi)會產(chǎn)生較多的熱量,但由于熱量傳遞的滯后性,使材料內(nèi)外顆粒表面的熱量相差較大,即表面顆粒雖然達(dá)到了反應(yīng)溫度,但內(nèi)部的顆粒還遠(yuǎn)沒有達(dá)到反應(yīng)所需的能量。同時因為表面顆粒與鋁熔體反應(yīng)生成的納米Al2O3和Si附著在未發(fā)生反應(yīng)的納米SiO2表面,其擴(kuò)散也需要時間,從而阻礙了納米SiO2和鋁熔體的進(jìn)一步接觸,阻滯反應(yīng)的進(jìn)行。根據(jù)不同加熱速率下的DSC曲線,利用Kissinger方程可以計算出Al-納米SiO2體系反應(yīng)過程中所需要克服的能量勢壘,即反應(yīng)激活能。Kissinger方程表示為:
圖6為Al/納米SiO2在不同溫度階段激活能的變化及相對起始溫度(Tonset)激活能增加率。由圖6a和圖6b可以看出,隨著反應(yīng)的進(jìn)行能量勢壘不斷升高,尤其是反應(yīng)結(jié)束的激活能約為起始反應(yīng)激活能的6倍,說明反應(yīng)后期如果未能提供足夠的反應(yīng)激活能,則該體系會反應(yīng)不完全,有殘留的納米SiO2顆粒存在。因此,由于800 ℃下的能量達(dá)不到體系所需要的激活能,故反應(yīng)速率較慢,反應(yīng)不充分,僅有微量的納米Al2O3顆粒生成;而在900 ℃時由于保溫溫度升高,給該體系提供了足夠的能量,故納米SiO2完全反應(yīng)生成納米Al2O3和Si,沒有殘余。圖7為Al-納米SiO2在800和900℃等溫條件下的DSC曲線。可以看出,在800 ℃下Al-納米SiO2體系反應(yīng)完全需要很長時間(約50 min),而900 ℃時則會很快越過能量勢壘,約30 min即可反應(yīng)完全。圖7 Al/納米SiO2在800和900 ℃等溫條件下的DSC曲線
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]納米Al2O3增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的研究進(jìn)展[J]. 馬思源,郭強(qiáng),張荻. 中國材料進(jìn)展. 2019(06)
[2]擠壓鑄造對重熔原位α-Al2O3p/ZL109復(fù)合材料組織與性能的影響[J]. 徐進(jìn)康,陳剛,張振亞,趙玉濤,周祥,劉新,嚴(yán)慶. 中國有色金屬學(xué)報. 2019(03)
[3]電磁攪拌對Al2O3p/ZL109復(fù)合材料組織與性能的影響[J]. 徐進(jìn)康,陳剛,張振亞,趙玉濤,周祥,劉新,嚴(yán)慶. 特種鑄造及有色合金. 2018(06)
[4]稀土Er對A356.2合金微觀組織和力學(xué)性能的影響[J]. 怯喜周,王研,陶然,陳飛,陳剛,趙玉濤. 鑄造技術(shù). 2016(12)
碩士論文
[1]原位亞微米α-Al2O3顆粒增強(qiáng)AlSi9Cu3基復(fù)合材料制備及其擠壓鑄造研究[D]. 嚴(yán)慶.江蘇大學(xué) 2019
[2]變質(zhì)及熱處理對鑄造鋁硅合金組織及性能的影響[D]. 檀廷佐.南京航空航天大學(xué) 2012
[3]Al-SiO2-C（Mg）系反應(yīng)合成內(nèi)生型鋁基復(fù)合材料[D]. 楚達(dá).南京理工大學(xué) 2012
本文編號：3466997
【文章來源】：特種鑄造及有色合金. 2020,40(08)北大核心
【文章頁數(shù)】：5 頁
【部分圖文】：
Al-納米SiO2反應(yīng)體系的DSC曲線
圖4為不同溫度下Al/納米SiO2混合粉末連續(xù)加熱的DSC曲線�？梢钥闯�,隨著加熱速率增加,DSC曲線中相應(yīng)的放熱峰向較高的溫度移動。原因是當(dāng)加熱速率增加時,反應(yīng)時間縮短。控制化學(xué)反應(yīng)的因素,如反應(yīng)物的傳遞和擴(kuò)散等都與時間有關(guān)[16,19],當(dāng)加熱速率變大時,雖然單位時間內(nèi)會產(chǎn)生較多的熱量,但由于熱量傳遞的滯后性,使材料內(nèi)外顆粒表面的熱量相差較大,即表面顆粒雖然達(dá)到了反應(yīng)溫度,但內(nèi)部的顆粒還遠(yuǎn)沒有達(dá)到反應(yīng)所需的能量。同時因為表面顆粒與鋁熔體反應(yīng)生成的納米Al2O3和Si附著在未發(fā)生反應(yīng)的納米SiO2表面,其擴(kuò)散也需要時間,從而阻礙了納米SiO2和鋁熔體的進(jìn)一步接觸,阻滯反應(yīng)的進(jìn)行。根據(jù)不同加熱速率下的DSC曲線,利用Kissinger方程可以計算出Al-納米SiO2體系反應(yīng)過程中所需要克服的能量勢壘,即反應(yīng)激活能。Kissinger方程表示為:
圖6為Al/納米SiO2在不同溫度階段激活能的變化及相對起始溫度(Tonset)激活能增加率。由圖6a和圖6b可以看出,隨著反應(yīng)的進(jìn)行能量勢壘不斷升高,尤其是反應(yīng)結(jié)束的激活能約為起始反應(yīng)激活能的6倍,說明反應(yīng)后期如果未能提供足夠的反應(yīng)激活能,則該體系會反應(yīng)不完全,有殘留的納米SiO2顆粒存在。因此,由于800 ℃下的能量達(dá)不到體系所需要的激活能,故反應(yīng)速率較慢,反應(yīng)不充分,僅有微量的納米Al2O3顆粒生成;而在900 ℃時由于保溫溫度升高,給該體系提供了足夠的能量,故納米SiO2完全反應(yīng)生成納米Al2O3和Si,沒有殘余。圖7為Al-納米SiO2在800和900℃等溫條件下的DSC曲線。可以看出,在800 ℃下Al-納米SiO2體系反應(yīng)完全需要很長時間(約50 min),而900 ℃時則會很快越過能量勢壘,約30 min即可反應(yīng)完全。圖7 Al/納米SiO2在800和900 ℃等溫條件下的DSC曲線
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]納米Al2O3增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的研究進(jìn)展[J]. 馬思源,郭強(qiáng),張荻. 中國材料進(jìn)展. 2019(06)
[2]擠壓鑄造對重熔原位α-Al2O3p/ZL109復(fù)合材料組織與性能的影響[J]. 徐進(jìn)康,陳剛,張振亞,趙玉濤,周祥,劉新,嚴(yán)慶. 中國有色金屬學(xué)報. 2019(03)
[3]電磁攪拌對Al2O3p/ZL109復(fù)合材料組織與性能的影響[J]. 徐進(jìn)康,陳剛,張振亞,趙玉濤,周祥,劉新,嚴(yán)慶. 特種鑄造及有色合金. 2018(06)
[4]稀土Er對A356.2合金微觀組織和力學(xué)性能的影響[J]. 怯喜周,王研,陶然,陳飛,陳剛,趙玉濤. 鑄造技術(shù). 2016(12)
碩士論文
[1]原位亞微米α-Al2O3顆粒增強(qiáng)AlSi9Cu3基復(fù)合材料制備及其擠壓鑄造研究[D]. 嚴(yán)慶.江蘇大學(xué) 2019
[2]變質(zhì)及熱處理對鑄造鋁硅合金組織及性能的影響[D]. 檀廷佐.南京航空航天大學(xué) 2012
[3]Al-SiO2-C（Mg）系反應(yīng)合成內(nèi)生型鋁基復(fù)合材料[D]. 楚達(dá).南京理工大學(xué) 2012
本文編號：3466997
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