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本文采用Al-Ti-C粉末压块氩弧熔化的方法制备了TiC颗粒增强铝基复合材料,结合DSC、XRD、OM、SEM和EDAX等分析方法,研究了Al-Ti-C体系的反应过程、复合材料的组织形貌及存在的问题;并进行了硬度和耐磨性能的测试,探讨了复合材料制备过程中的工艺参数对复合材料组织形貌和性能的影响。
研究表明,Al-Ti-C体系的反应过程是一个复杂而又持续进行的过程,加热过程中首先熔融Al分别与Ti、C反应形成Al3Ti和Al4C3放出大量的热;然后是Al3Ti和Al4C3通过Al液交换Ti和C并生成TiC的反应过程,这个过程需要吸收大量的热;继续加热后的高温反应部分是一个持续放热的过程,Ti和C向TiC颗粒扩散,过剩的铝从颗粒中向外排出,TiC颗粒向稳定状态转变,这一过程冷却时仍在进行。
试验结果表明工艺参数对Al-Ti-C体系反应过程、反应产物的物相组成、TiC颗粒形貌以及分布状态有很大的影响。电流的大小决定了Al-Ti-C体系的起始反应温度,电弧持续时间和预制块中Ti、C含量共同决定了Al-Ti-C体系的反应的程度、反应产物物相组成及其存在状态。当Al-Ti-C预制块中Ti、C含量较高,且Ti、C比为1∶1时,复合材料由Al基体和TiC颗粒两相组成,TiC颗粒弥散分布在Al基体表面,与基体结合非常良好,颗粒尺寸范围在几百纳米到几个微米之间;Ti、C含量较低时,复合材料由Al基体、Al3Ti和TiC三相组成。另外,较快的冷却速率对复合材料硬度和耐磨性有明显的改善。
TiC颗粒增强铝基复合材料的硬度和耐磨性随预制块中Ti、C含量的增加而提高。与L1060铝合金相比,由Ti、C含量为35%的预制块(Ti∶C=1∶1)制备的复合材料的硬度提高了2倍,耐磨性提高了2倍;由Ti、C含量为20%的预制块(Ti∶ C=2∶1)制备的复合材料的硬度值提高了3倍以上,耐磨性提高了2.5倍。