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本文利用7055-K2TiF6-KBF4反应体系,采用混合盐反应法制备了原位内生TiB2颗粒增强7055基复合材料。通过光镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能量散射光谱(EDS)、X射线衍射(XRD)等方法分析不同工艺制备的TiB2／7055基复合材料的显微组织与相组成。本文主要研究不同反应温度、保温时间、机械搅拌、高能超声以及稀土元素对复合材料中TiB2颗粒形貌及尺寸的影响,并研究了热处理、热挤压工艺对复合材料力学性能的影响。
研究结果表明:试验中制备的TiB2／7055复合材料主要由Al、CuAl2、MgZn2和TiB2相组成。在反应温度为850℃,保温时间为30min时,混合盐反应基本结束,TiB2颗粒形状呈规则多边形或卵圆形,TiB2颗粒有明显的团聚现象,颗粒尺寸一般为0.7μm。
在TiB2／7055复合材料的制备过程中施加速度为300～500rpm的机械搅拌,搅拌20min时,复合材料中的TiB2颗粒分布变得均匀,颗粒变得细小,尺寸在200～500nm之间。在高能超声场中制备TiB2／7055复合材料,超声频率20kHz,功率800 W时,超声作用6min可以使TiB2颗粒分布变得均匀,而且使TiB2颗粒的尺寸细化至200～500nm。机械搅拌和高能超声交替作用16min时,制备的TiBz／7055复合材料中TiB2颗粒分布更加均匀,团聚现象明显减弱,颗粒与基体的界面清晰。
添加0.3％稀土可以显著细化复合材料基体的铸态组织,晶粒尺寸从100μm减小到40μm左右。同时,与没有添加稀土的复合材料相比,TiB2颗粒得到细化,其平均尺寸约为500nm,TiB2颗粒在基体上的分布也变的均匀。当添加稀土元素,并使用机械搅拌和高能超声综合作用时,TiB2颗粒团聚现象明显的减弱,颗粒分散更加均匀,颗粒弥散分布。
TiB2／7055复合材料的铸态组织表现为明显的枝晶偏析,均匀化处理可以使复合材料的枝晶渐渐消失,枝晶间的平衡相渐渐回溶到α固溶体中,450℃下均匀化处理24h时基本消除了平衡相。复合材料经过450℃×24 h均匀化,热挤压,480℃固溶处理60min,120℃×24h单级时效抗拉强度达到650 MPa,伸长率为4％,复合材料表现为明显的韧窝断裂特征。