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Al-Ti-B_4C体系燃烧合成行为及钢基复合材料的制备

邹兵林  
【摘要】: 本文通过探索Al-Ti-B4C体系在不同燃烧反应条件下,燃烧合成TiC和TiB2机制的共性与个性规律,揭示影响燃烧合成TiC和TiB2的动力学规律,为实现TiC和TiB2局部增强区的组织可控和开发TiC-TiB2颗粒局部增强钢基复合材料的制备技术奠定一定的理论基础。 提出Al-Ti-B4C体系在DTA中加热反应、手套箱中SHS反应和热爆炉内TE反应形成TiC和TiB2机制的共性规律是通过形成Al-Ti-C-B四元液相,液相中的[Ti]、[B]、[C]反应析出TiC和TiB2。 揭示出当B4C粒度≥40μm,Al-Ti-B4C体系在手套箱内的SHS和热爆炉内的TE反应不够完全,生成物为TiC、TiB2、TixAly和少量的Al;在Fe熔体内的TE反应中,形成Fe-Al-Ti-C-B五元液相,液相中的[Ti]、[B]、[C]反应析出TiC和TiB2,并提出了其反应机制。 发现了Al-Ti-B4C体系燃烧反应难易及完善程度主要受控于Al-Ti-B-C四元液相形成难易的规律。四元液相越容易形成,反应越容易和完全。 发现了Al-Ti-B4C体系燃烧反应产物TiC和TiB2的尺寸受控于燃烧温度,燃烧温度受控于Al-Ti-B-C四元液相中[C]、[B]浓度的瞬间变化率,即瞬间反应放热速率的规律。 揭示出控制压坯成分、紧实率和反应物粒度,可在局部增强区获得细小、均匀的TiC和TiB2,增强区和基体区的结合良好。并发现采用≤50μm复合粒度B4C粉时,增强区组织更加致密,过渡区结合更好的现象。提出了燃烧合成制备TiC-TiB2局部增强区的工艺参数。 通过燃烧合成反应技术与传统的铸造方法相结合,成功地制备出TiC-TiB2颗粒局部增强钢基复合材料。增强区的耐磨性是钢基体的1.2~5.1倍。并发现采用Fe粉代替部分Al粉可消除粗B4C粉产生大量宏观孔洞的不利影响,有利于耐磨性提高。


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