電渣重熔法原位制備鋁基復合材料的研究
本文關鍵詞:顆粒增強鑄造鋁合金的研究現狀,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。
《上海交通大學》 2011年
電渣重熔法原位制備鋁基復合材料的研究
李盼
【摘要】:本文創(chuàng)新性的采用電渣重熔(ESR)工藝成功制備了TiB_2/Al和Al_3Ti/Al復合材料,將參加原位反應的氟鹽和精煉劑作為渣劑建立渣池,通過自耗電極鋁棒與渣池接觸形成鋁熔滴與氟鹽發(fā)生原位反應從而獲得增強相顆粒。借助光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射儀(XRD)、能譜儀(EDX)等材料檢測設備和手段分析了復合材料以及渣皮的物相和顯微組織形貌,重點研究了不同的渣劑成分,電制度對原位制備過程的影響,對原位合成工藝的穩(wěn)定性和均勻性進行了驗證,討論了ESR工藝對原位合成過程的作用機制,考察了不同增強體積分數復合材料力學性能,并分析了復合材料強化機制。研究表明: 采用ESR工藝原位制備TiB_2/Al和Al_3Ti/Al復合材料在工藝上是可行的,KBF_4和K_2TiF_6不適合單獨作為渣劑,以(KCl+NaCl+Na_3AlF_6)和(KBF4+K_2TiF_6)共同作為渣劑時,會有大量的TiB_2生成;TiB2顆粒彌散分布,部分偏聚在晶界處;Al_3Ti粒子均勻分布,呈現出短棒狀、長條狀和小塊狀三種不同的形貌。 熔煉時間隨著熔煉電流的增大而減小,渣池溫度隨著熔煉電流的增大而升高。通過微觀組織分析,確定了熔煉電壓為15V下的最佳熔煉電流為600A,此時氟鹽反應最為充分,TiB_2粒子分布均勻。ESR原位反應存在非穩(wěn)定性和非均勻性,在渣池形成過程中容易產生夾渣和表面渣溝;由于原位反應過程中渣池中的鈦鹽不斷消耗,熔煉時間較短,Al_3Ti來不及擴散,導致制備的復合材料錠子中Al_3Ti粒子出現了自下而上由濃變疏分布不均,中間部位Al_3Ti粒子呈短棒狀,上部Al_3Ti粒子為片狀。 ESR工藝通過電極末端、金屬熔滴和金屬熔池與渣池的三個階段的接觸,改善了原位反應中反應物之間的接觸面積,同時由于受到電磁力,電動力等多種力的綜合作用下,渣池的劇烈攪拌運動加劇了渣金界面的更新,極大的提高了原位反應效率,促進了鹽渣與TiB_2粒子的分離。獲得的棒狀Al_3Ti平均尺寸為5μm,遠小于傳統(tǒng)鑄造法制備的Al_3Ti尺寸。 TiB_2/Al和Al_3Ti/Al復合材料的硬度、抗拉強度、屈服強度較純鋁基體有了大幅提高,5vol%TiB_2/Al和Al_3Ti/Al復合材料的布氏硬度和抗拉強度分別提高了75%和50%以上,但塑性下降較多。而且綜合力學性能與傳統(tǒng)混合鹽法制備法相比稍差,主要是因為在電渣熔煉過程中渣與鋁熔體沒能很好分離,部分渣劑進入到復合材料成為有害夾雜物。拉伸斷口的主要以韌窩為主,又有部分脆性解理面,屬于混合斷裂。
【關鍵詞】:
【學位授予單位】:上海交通大學
【學位級別】:碩士
【學位授予年份】:2011
【分類號】:TB331
【目錄】:
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