TiC颗粒增强镁基复合材料的制备

【摘要】：首次采用XD 法并结合半固态搅熔工艺成功地制备出TiC 颗粒增强镁基复合材料,很好地解决了镁基复合材料制备过程中存在的由于传统外加陶瓷颗粒润湿性差而难以直接加入到金属熔体中以及界面污染等关键科学问题。 在将TiC/Al 中间合金加入到纯镁熔体中进行重熔实验时,首次发现了在Al-Ti-C 体系SHS 反应过程中残留下来的针状Al3Ti 亚稳相向TiC+Al 转变的动态过程,并建立了Al3Ti 向TiC+Al 演变的动力学模型,为进一步深入揭示Al-Ti-C 体系的SHS 反应机理提供了直观形象的科学依据。 首次在Al-Ti-C 体系SHS 反应形成的TiC 中发现了TiC 生长条纹,并通过对TiC 生长条纹的研究,提出了TiC 二维晶核台阶侧向生长机制,并给出了年轮状层层包裹与金字塔状层层堆积这两种TiC 晶体生长模型。Al-Ti-C 体系SHS 反应形成的圆整光滑近球形TiC 宏观上虽然具有按粗糙界面连续长大的的特征,但由于TiC 的Jackson 因子高达5~7,其微观生长机制始终为二维晶核台阶侧向生长,并未发生由侧向生长机制向连续生长机制的转化。另外,用现代PBC 理论比较成功地解释了Al-Ti-C 体系SHS 反应形成的八面体TiC晶体生长形貌,是以{111}面为外表面的八面体。 对TiC/Al 中间合金在纯镁熔体中进行的重熔及脱粘研究表明,TiC/Al 中间合金中的Al 与熔体中的Mg 可以发生互扩散, TiC/Al 中间合金中的Al 最后几乎完全扩散到镁熔体中而成为镁的合金化元素,同时熔体中的Mg 也充分扩散到中间合金中,此时TiC/Al 中间合金已经完全转变为TiC/Mg 中间合金,TiC 颗粒在AZ91 镁合金中能稳定存在,说明是AZ91 镁合金合适的增强体,这为XD 法制备TiCp/AZ91 镁基复合材料的可行性提供了科学理论依据。 在Al-Ti-C 体系SHS 反应形成TiC 颗粒的动力学影响因素中, Al 含量对TiC 颗粒尺寸影响最大。C 粉粒度和C/Ti 比对SHS 反应产物相组成及TiC 颗粒形貌有着重要的影响。 对TiC 颗粒在AZ91 镁合金熔体中均匀分布的动力学影响因素(搅拌温度、搅拌速度和搅拌时间等)进行了详细研究,并优化出半固态机械搅拌制备TiCp/AZ91 镁基复合材料的较佳工艺参数,成功地制备出TiC 颗粒在AZ91镁合金基体中均匀分布的TiCp/AZ91 镁基复合材料。最后,对TiC 颗粒增强镁基复合材料的室温拉伸强度和硬度以及磨粒磨损行为进行了测试,为TiC颗粒增强镁基复合材料的制备提供了可供参考的数据与依据。开辟了一条制备颗粒增强镁基复合材料的新途径。