Al-Ti-C基中間合金的合成及其細化效果研究.pdf

1、經過研究已發(fā)展出多種提高金屬材料強度的有效途徑，但隨著材料強度的提高，韌度或塑性急劇下降，從而使材料強度和韌度或塑性相互倒置的關系成為十分突出的問題，形成妨礙學科進步和實際應用的一個巨大障礙和技術瓶頸。如何實現強度和韌度或塑性的同步提高，已成為國內外金屬材料領域普遍關注的重大科學問題。
　　 在金屬材料的研究中，純凈化、細晶化和均質化是改進傳統(tǒng)材料和研制新型合金的三大工藝手段。鋁鎂及其合金組織的細化是現代鋁鎂加工業(yè)中廣泛研究的重

2、大課題，晶粒細化是晶界強化的重要機制，可顯著提高鋁鎂材的力學性能和塑性變形能力，是改善鋁鎂材質量的重要途徑。通過加入晶粒細化劑抑制柱狀晶和羽狀晶的生長，從而生成等軸晶組織，這種處理方法在鋁鎂加工業(yè)生產中被廣泛應用。A1-Ti-C中間合金是一種高效的鋁及其合金晶粒細化劑，具有Al-Ti-B中間合金晶粒細化劑無法比擬的技術優(yōu)勢，它的出現是鋁及其合金晶粒細化技術的一項重大突破，引起世界各國的高度重視，對此開展研究具有重要的理論研究意義和工程應

3、用價值。
　　 熔體引爆自蔓延合成法因其具有合成迅速、工藝簡單、節(jié)省能源等優(yōu)勢成為制備中間合金的一項新技術。特別是在新一代鋁鎂及其合金晶粒細化劑Al-Ti-C-X中間合金的制備中更顯示出獨特的優(yōu)越性，然而熔體引爆自蔓延合成法較好地解決了產物TiC、TiAl3、AlX等化合物含量低、細化相分布不均等問題。盡管自蔓延高溫合成技術(SHS)制備各種復合材料、結構陶瓷、功能梯度材料的研究已取得很大進展，但是對熔體引爆自蔓延合成法制備Al

4、-Ti-C-X中間合金晶粒細化劑的反應過程、組織轉變及結構演化規(guī)律研究甚少,論文在省基金項目的支持下,進行以下幾方面的研究。
　　 論文利用自蔓延高溫合成技術的優(yōu)勢，將其和普通鑄造法相結合，將各種粉狀組成材料壓制成預制塊，將其壓入到鋁熔體中，利用熔體熱量將預制塊引爆發(fā)生高溫自蔓延反應來合成Al-Ti-C中間合金晶粒細化劑。通過對預制塊中 [Ti]-C反應的熱力學與動力學進行分析研究并采用普通光學顯微鏡、掃描電鏡、X射線衍射儀、透

5、射電鏡等分析手段對Al-Ti-C中間合金晶粒細化劑進行分析研究和表征。研究發(fā)現：在本實驗條件下，影響Al-Ti-C反應速度的主要因素有體系的溫度、鋁粉的含量、石墨粉原始粒度和石墨粉顆粒周圍反應層的厚度，在高溫區(qū)內，增加體系的溫度，減小過量Al含量，減小石墨粉顆粒的尺寸，減小反應層厚度等，則對Al-Ti-C體系內高溫區(qū)所發(fā)生的[Ti]-C反應是有利的。
　　 論文在對Al-Ti-C中間合金晶粒細化劑制備研究的基礎上，然后以此合金為

6、基礎，通過加入適量稀土Y、La和元素P，采用熔體引爆自蔓延合成法制備出Al-Ti-C-X(X為Y、La、P)復合中間合金晶粒細化劑。而后將這種Al-Ti-C-X復合中間合金晶粒細化劑加入相應的鋁鎂合金中進行細化變質處理，以期獲得細晶化與強韌化的高強度鋁鎂合金材料。論文研究了Al-Ti-C-X復合中間合金的合成、組織結構特點和遺傳效應以及對鋁鎂合金組織和性能的影響及其作用規(guī)律，探討了Al-Ti-C-X復合中間合金增強鋁鎂合金的微觀本質。<

7、br>　　 論文研究了潤濕性對TiC合成的重要性，研究發(fā)現：為了改善碳與鋁液的潤濕性，必須采取措施對石墨的表面進行特殊浸泡預處理，并加入適量的特種活化劑，以改善鋁液的界面張力，從而進一步改善碳和鋁液之間的潤濕性，為了滿足不同合金細化變質的需要，也為了進一步改善石墨在鋁液中的潤濕性，促進TiC的生成，加入適量稀土Y、La和元素P，形成Al-Ti-C-X復合中間合金晶粒細化劑，在該中間合金中除了TiC相外，還有AlX相形成以滿足不同合金變

8、質細化的需要；研究還發(fā)現，在制備Al-Ti-C-Y中間合金中過程中，由于Y含量的不同，其相組成也不同，當中間合金中含0.5[％]Y時，是由細針狀TiAl3+TiC顆粒+α-Al基體三相組所成；當中間合金中含1.0[％]Y時，中間合金是由小塊狀和棒狀TiAl3+TiC顆粒+Al3Y+α-Al四相所組成；而當中間合金中含2.0[％]Y時，中間合金是由長條狀TiAl3+Al3Y化合物+TiC顆粒+α-Al基體四相所組成。在Al-Ti-C合金中

9、加入La時，制備出的Al-Ti-C-La中間合金細化劑主要由TiAl3+TiC+(AlTiLa)+α-Al基體四相所組成；在Al-Ti-C合金中加入P時，制備出的Al-Ti-C-P中間合金細化劑主要由TiAl3+TiC+AlP+α-Al基體四相所組成。
　　 為了滿足對鋁鎂合金細化和強化的需要，論文以外加方式將Al-Ti-C-X復合中間合金加入不同的鋁鎂合金中，由于Al3Y、AlP、TiAl3、TiC顆?？勺鳛橛行У慕Y晶核心質點

10、，使被細化的鋁鎂合金得到細化，而AlX相既可作為鋁鎂合金的結晶核心存在，又可對鋁鎂合金中Al、Mg原子的擴散起到阻礙作用，從而改善結晶組織中離異共晶相的形貌和分布形式，雙重作用的結果，使鋁鎂合金進一步得到細化和強化，使鋁鎂合金的性能潛力得到進一步充分挖掘。
　　 本文經過對AlX、TiC和由AlX、TiC顆粒增強的鋁鎂合金的制備研究，以及新生細化相結構演化規(guī)律研究，探明了細化相在鋁鎂合金結晶凝固過程中的遺傳效應與細化變質作用行為