電場激活壓力輔助合成技術(shù)制備AlMgB14-TiB2復(fù)合材料及其性能的研究.pdf

1、AlMgB14超硬材料具有較高的硬度、化學(xué)惰性、優(yōu)良的耐磨性、廉價的原材料及低摩擦系數(shù)等特點(diǎn)，已經(jīng)受到人們的普遍關(guān)注。近期研究表明AlMgB14-TiB2復(fù)合材料具有特殊的耐磨性、熱傳導(dǎo)性和韌性高等重要性能，顯微硬度可達(dá)到48GPa。AlMgB14基復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)是可承受大范圍的溫度變化，將主要應(yīng)用于金屬切削、軍工、林產(chǎn)、石油業(yè)、采礦及農(nóng)業(yè)等行業(yè)的特殊機(jī)械。
　　 本文采用機(jī)械合金化(Mechanical alloying，MA

2、)與電場激活輔助及壓力燒結(jié)技術(shù)(Field-Activated and Pressure-Assisted Synthesis，F(xiàn)APAS)合成了AlMgB14塊體及AlMgB14-TiB2復(fù)合材料，采用掃描電鏡、X射線衍射、透射電鏡等手段對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。對AlMgB14塊體及AlMgB14-TiB2復(fù)合材料的制備工藝、合成原理、力學(xué)性能和致密化等性能進(jìn)行了研究;通過顯微硬度壓痕法對合成AlMgB14塊體及AlMgB14-TiB2復(fù)合

3、材料的斷裂韌性進(jìn)行表征，采用磨粒磨損試驗(yàn)對樣品的耐磨性進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:以單質(zhì)Al粉，Mg粉，B粉為反應(yīng)原料，在1500℃，加熱速率為100℃/min，軸向壓力60MPa，保溫8-10分鐘下可制得致密高硬度的AlMgB14陶瓷。硼粉退火后，能夠有效控制氧化物的產(chǎn)生。在石墨模具中添加陶瓷管可以獲得高密度電流，提高燒結(jié)效率。通過力學(xué)性能測試，制得的AlMgB14陶瓷的平均密度為2.631 g/cm3，最高硬度可達(dá)27.2GPa，斷裂韌

4、性為3MPa1/2。制得的AlMgB14-TiB2復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)添加劑TiB2與AlMgB14基體有很好的相融性，其界面結(jié)合緊密，沒有生成新相，屬高強(qiáng)界面結(jié)合。韌性及硬度提高的原因主要源于硬質(zhì)相彌散強(qiáng)化、高強(qiáng)界面結(jié)合及TiB2的高彈性模量和高硬度增韌補(bǔ)強(qiáng)。添加30％TiB2后顯微硬度和斷裂韌性分別達(dá)到31.5GPa和3.65MPa1/2，比單一的AlMgB14提高了20％。通過微觀結(jié)構(gòu)表征、斷口形貌及裂紋擴(kuò)展路徑分析，提出把TiB2的顆