復(fù)合材料的微觀組織

1、復(fù)合材料的微觀組織片斛關(guān)于禺硅鋁基寓合材料豐薑集中在單元增強(qiáng)顆料境強(qiáng)U對(duì)多元増強(qiáng)研究的比較少，由于兩步法制辭爭元復(fù)合軻料只是把兩種反應(yīng)進(jìn)打吾加，所以，反應(yīng)足可行的，同時(shí)*通過增強(qiáng)顆埶間的協(xié)同低用達(dá)到增強(qiáng)復(fù)合材料.掘高耐質(zhì)的日的.本章主要足介紹更合材料的制備“為丁得到性腿良好的(AhTi+TiB2VAk20Si.1元增強(qiáng)堪合材料，本礦先研究一元的AbTi/AL20Si復(fù)合材料制備丄藝”并通過妍究實(shí)酚溫度對(duì)嬉強(qiáng)相的舉響進(jìn)而優(yōu)化ALTi皋隹的制備工藝從帀達(dá)到優(yōu)化二元復(fù)合材料制備工藝的目的。2AbTVAL-20Sl霍合材科的制備及微觀組組4JJAhTl/AkieSi復(fù)舎材料的制工藝首先將*和在200乜

2、下烘烤2h充分丈除結(jié)晶水、冷卻、研磨過70口標(biāo)準(zhǔn)篩搐分十掃到粒度421mm的粉未添加料，取A1-20S1合金融化不溫到720-740V.精爍*扒淹.加入0J%AI-T-B,探溫IDnnru斤溫埶K(K)SJbuA1.5%JCu-P+Ce合金，保溫弘gnum加入1wt%Ti押J#用肩墨悴允分?jǐn)嚢璐磻?yīng)結(jié)廉圻*除氣除浹，最后將熔體澆入鐵模中,制得鑄LAhTi/Ak20Si合材料的相坦成及顯微組織(b)AlElementsAtomic%100r9AlTl75.8224.18$InInEAhJL他4i1AV4c1058a10gv0(2)0)4AhTi/Al20Si復(fù)合村料的微觀殂織和A點(diǎn)、B點(diǎn)的能譜分

3、析Fig4MicrostructuicofAljTi/Al-20SicompositeandtheEDSspectraofdotAandB(1)奴合材料;AbTi額粒EDS圖軋(3)Si顆粒EDS圖渤4.2AhTi/AI20Si艮合材料的XRD分析Fig4.2XRDpatternofALTi/Al-20Sicomposite圖4所示為制珞的復(fù)合材料的SEM圖和EDS分析圖。從圖4.1可以看出在基體中出現(xiàn)大凰白色新相，町以看出主要為塊狀和長條狀.從4.1(2)的EDS能譜分析可知，該新相主要含有A1和Ti元素，結(jié)合圖4.2的XRD衍射圖譜的表征悄況，從而推斷該白色的相為AhTi顆粒。同理，結(jié)合圖

4、4.1(3)知，圖4.1(1)中較暗相為Si相.4X3熱力學(xué)分析有研究表明.在AlTi化合物中主要存在的相分別是AITi和AhTi另外.化合物中還存在AlTij.AhTi及AbTb等。而對(duì)于Al-Ti體系中的平衡相，Kattncrctal冋得到了各相的熱力學(xué)數(shù)據(jù)，其中，AlTi：、AbTi、AlTi.AljTu和AbTi在01200*C時(shí)候的吉布斯口由能如卜表4.1所示*表4.1Al-Ti金屬何化色物的生成吉布斯能與溫度的關(guān)系Tabic4.1TemperaturedependenceoftheformationfreeenergyofdifferentAl-Tiintermetalliccom

5、poundsEl化合物AlTiAlTbA】zTiAbTiAbTizG場溫度關(guān)糸-3774451十】6.79376T296336+6.70801T-43858.4+11.02077T-40349.6+10.36525T-40495.4+9.52964TAG（T=700D-21.10-23.1233.1430.26-31.22AG（T-800X：）19.43-22.44-32.03-29.233027AG（T=900r）-17.75-21.77-30.93-28.19-29.32AG（T=1000X：）15.52-19.2328.92-26.11-27.42我們知道.當(dāng)AC是負(fù)值時(shí).反“就可以自發(fā)

6、進(jìn)行并且當(dāng)吉布斯能般低時(shí).反應(yīng)就越能優(yōu)先述行。從表4.】中可以看到Al)Ti的吉布斯自由能比AlTis和AlTi都要低.盡管AbTi和AlsTb也有比較低的吉布斯自由能，而II比AbTi的略低但ftKattner的研究得出：在ALTi反應(yīng)體系中，它們僅僅作為AlTi反應(yīng)的開始相.所以，富Ti的AITh和AlTi化合物是不能輕易形成的，而最有可能形成的Al-Ti體系的平衡相是AbTi這也驗(yàn)址了反W生成物位AI3Ti焙體反應(yīng)泳度對(duì)AhTi/Al-20Si復(fù)合材科的彬購圖4.3為不同淑度的級(jí)件卜，増彌粒的形貌，從圖中町以看到：在X(C時(shí).Al)Ti顆料較為圓整，尺寸左右，850X2時(shí)，顆粒長成了細(xì)長

7、的絲狀，尺寸在10MH左右，當(dāng)升溫到1000C時(shí)，姣粒尺寸最小，甚至達(dá)到了gm以下。、(1)(2)圖4.3艾介材料的微觀組織Fig4.3MicrostructureoFAl、Ti/AJ20Sicomposites(I)8009(2)8501?(3)lOOOT之所以能形成亞微*級(jí)別的顆粒，原因可以從相圖中得知：從圖4.4的AlTi相圖中町以看出來，含Ti1.5ut.%w熔池溫皮超過lCXXTC的時(shí)候，熔體只存在液態(tài)相，當(dāng)熔池以一定的速度冷卻后，液態(tài)的AlTi相在降溫的過程中來不及長大，于是形成了業(yè)微米級(jí)的AhTi相.43(AfaTHTiBjJp/AlQOSi復(fù)合材料的制備及微觀組織43.1(Af

8、aTH-TiB2VAl-20Si制備工藝首先將氟錢酸鉀，氟硼酸鉀粉劑.Ti劑在200C下烘烤2h,充分夫除結(jié)晶水、冷卻、研糜，過70冃標(biāo)準(zhǔn)篩篩分，得到粒度0.21mm的粉末添加料，取A1-20SI合金融化升溫到720-7404C,精煉，扒渣，加入0.2%Al-Ti-B,保溫lOmin,升溫到800-C,加入1.5%的Cu-P+Ce合金，保溫58min,用兩步熔體反應(yīng)法制備TiBhAljTi：第-步，制備TiB?：升溫到85OX：，加入KBFMK/riF(燃爾比是2.3:1),并壓入熔體中，攪拌，保溫4075min。笫二步，制備(AhTi+TiB2MAl2OSi復(fù)合材科；在制備出TiBz/Al-

9、20SiG.將爐了溫度升到1000C,加入lwl%Ti劑，用右墨楝充分?jǐn)嚇?，待反?yīng)結(jié)束后，除氣除渣，最后將熔體在7S0-C時(shí)決入鐵模中，制得鑄綻.43J(AbTH-TiVAUOSi復(fù)合材料的相分析和微雙組奴O）圖45（AbTiTiRV/AZOSi貝合材料的微觀級(jí)紗吸苴A點(diǎn)的EDS分析Fig45Microstructureofthe（Al：Ti十TiB：）/AI-20SicompositesandEDSofpointA低倍（2）島倍（3）A點(diǎn)能譜團(tuán)內(nèi)PASTiOTiB2-SiVAVAO40606070eoCO29/CC)圖4.6(AhTMTiBOr/A卜20Si復(fù)合材料的XRD分析團(tuán)Fig4.6

10、XRDpatternsofthe(AhTi+TiBJ/AJ20Sicompositessynthesized圖4.5所示為制備的復(fù)合材料的SEM圖和EDS分析Rk從圖4.5(1)可以看出在基休中出現(xiàn)大量亮白色新相.尺寸較小.圖4.5(2)為圖45(1)中相的微觀組織放大圖.可以看出新相主要為塊狀、短療狀、多邊形等形狀，大部分尺寸在屮6左右.從4.5(3)中EDS能譜分析可知，該新相主要含有Ti和B元素，結(jié)合圖46中的XRD衍射圖潛的表征情況，從而推斷該亮口色新相為TiB2賴粒，存在局部團(tuán)聚現(xiàn)彖，而圖4.5(1)中分散校為均勻的為AbTi相。433反應(yīng)熱力學(xué)分新杯冷生成白由能的汁雋公式為：(4.

11、1)0.2)(4.3)式中；A/冷一標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)的熱效應(yīng)值(kJmol-)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)的炯變(JKUnioLAC；比熱容(AC=a+b*103T-cxl-T2,JK1moll)按完仝生成TiBz的比例向Al熔體中加入鈦劑.熔體中可能發(fā)牛的反應(yīng):3K2TiF6+13Al=3TiAb+K3AIF6+3KA1F=-48072+36.3637標(biāo)準(zhǔn)生成自由能的計(jì)算公式為：A6?W-Tt(4.7)=g十f(4-8)出二遜，十J:學(xué)必(4.9)式中：場一標(biāo)帶狀態(tài)時(shí)的熱效應(yīng)值CkJmol)&工-標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)的炯變(JKmor1)q比熱容(Aq=a+bXIOT-cXITJKmoll)(KyriFLKRFQJAIJOS

12、i混合鹽廉位反應(yīng)體系按下列反應(yīng)式發(fā)生反應(yīng)，有關(guān)的反應(yīng)物及反應(yīng)生成物在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的熱力學(xué)參數(shù)見表42表4.2相關(guān)熱力學(xué)多數(shù)Tabk42ThcconnectedthermodynamicparameterA6H=-170.5704J(12.4/13+0.1930*13Z40.00917+10$72)/ZT-15489.4+1Z872T+O.13/2-L9375*10s廠,AHmeAGDeAl10.42J2M.4x|03T-4.9xlOsT2-323.8KEF.-603.45L45i-l5.55*105-4.2xKTTY84.4KBF4-407227$1002冥1(PT3.O4其lOT-430.09

13、8KA1F2=-109.027+J?.(12.872+0.2601037+L937510廠、dr=-13643.38+1362870058廠-2.028*105丹A6W=-183.310+J(-25.554-5.429*103T+1.403*105T2吃)=249225.41-26.44F-2.71457-1.404*1057式中，AQrl,AQr2和Gr3分別為生成TiAh.AIB2和TiB2的反應(yīng)式(44),(4.5),(4.6)在仟克溫度時(shí)的自由能變。從反應(yīng)式中可以知道，在基體融化溫度以上時(shí)，Ag的值都為負(fù)值，當(dāng)反應(yīng)溫度為750-C時(shí)，生成Al3Ti的式(4.4)的吉布斯自由能為-130.02Xl(FKJ/mol,向此時(shí)生成(4.5)TiB2的吉布斯自由能為-239.3X102KJ/mol,溫度升到8501的時(shí)