(Al-Si)-Al-Ti混合粉末冷壓塊部分重熔過程中的組織演變.pdf

1、顆粒增強鋁基復合材料因其優(yōu)越的綜合力學性能，廣泛用于航空航天、先進武器、汽車及電子工業(yè)。本文提出一種Al3Ti@Ti殼-芯結構粒子增強Al基復合材料，以期材料具有較高的抗拉強度同時還具有與基體相當的塑韌性。結合粉末冶金技術及觸變成形技術提出一種集制備與成形于一體的新技術-粉末混合觸變成形技術，利用此技術制備Al3Ti@Ti殼-芯結構增強Al基復合材料。本文主要研究了部分重熔對(Al-Si)-Al-Ti混合粉末冷壓塊部分重熔過程的組織演變

2、。與此同時，通過點滴實驗對Al與Ti間反應的動力學進行了研究。目的是為了后期觸變成形奠定基礎。
　　研究結果表明：Al-Si、純Al、純Ti混合粉末冷壓塊在595℃加熱30 min可以獲得細小、類球形初生相?-Al顆粒均勻懸浮于液相中的理想半固態(tài)組織，且固液兩相達到動態(tài)平衡(液相分數為45 vol.％)。組織演變可以分為四個階段：Al-Si粉末中 Si相由中心向粉末邊緣的遷移和純Al粉末的合金化，使兩種粉末演變?yōu)?-Al顆粒；液相

3、在?-Al顆粒邊緣形成并逐漸增加，形成連續(xù)的、包裹與?-Al顆粒的液相薄膜；液相分數的增加及?-Al相顆粒的快速粗化；?-Al相顆粒的最終粗化。隨著部分重熔溫度的升高，除液相分數增加外，初生相顆粒尺寸增大至65?m。最終確定595℃為理想的部分重熔溫度，不僅可以獲得理想液相率45 vol.%,其顆粒尺寸為55?m。
　　在595℃部分重熔過程中，Ti粉顆粒與基體中Al元素發(fā)生化學反應。首先在其邊緣形成一鋸齒狀金屬間化合物殼層，隨后

4、殼層增厚，形成致密殼層。對于一定尺寸的Ti粉末當殼層達到一定厚度時，由于生成物體積的膨脹產生應力使其破裂，從Ti顆粒表層脫落。隨后又形成一致密層，再破碎、脫落，如此往復，直至Ti顆粒全部反應，形成細小化合物顆粒的聚集體。在595℃加熱30 min可以獲得致密化合物殼層包裹Ti芯的殼-芯結構的增強體粒子。納米壓痕儀測試結果顯示，殼-芯結構粒子的化合物殼層與Ti芯的微觀硬度分別為6.97GPa，1.22GPa，即為殼硬芯軟的粒子。隨著部分重

5、熔溫度的升高，化學反應速率增加導致反應層厚度增加并且隨著厚度的增加致密殼層也發(fā)生了破裂。
　　XRD物相分析表明，在595℃加熱30 min時殼層主要為?2相((AlxSi1-x)2Ti)及少量的(Al,Si)3Ti相構成；加熱120 min時則為(Al,Si)3Ti相。即隨著加熱時間的延長，反應產物由?2相逐漸向(Al,Si)3Ti相轉變。部分重熔溫度較低時(590℃下加熱30 min)反應產物為?1(Al5Si12Ti7)，隨