原位TiB_2/7075复合材料的制备及组织性能研究

【摘要】铝基复合材料由于具有高比强度、比刚度、耐磨、耐疲劳、低热膨胀系数以及优良的高温力学性能等优点，使其在航空、航天、武器、汽车、电子等领域具有广阔的应用前景。一般地，按增强相的来源，铝基复合材料的制备方法可分为两种：外加法和原位自生法。相比外加法，原位合成的增强相具有尺寸小、与基体合金界面结合良好、界面洁净无污染，高的耐磨性和抗高温蠕变性等优点，这使得原位反应合成技术具有广阔的发展前景。本论文以Al-TiO2-H3BO3-Na3AlF6作为反应体系，通过反应热力学和动力学的分析，利用直接反应法（DRS）制备出原位TiB2/7075复合材料。并对复合材料的组织，制备工艺（反应温度、搅拌速度、冰晶石加入比例），热处理工艺（均匀化退火、固溶处理、时效处理）进行了研究，得到比较理想的制备工艺和热处理工艺。最后对复合材料的拉伸性能和磨粒磨损行为进行了测试，还分析了拉伸断口和磨损形貌。实验过程所得结论如下：(1)利用直接反应法成功制备了原位TiB2/7075复合材料。最佳制备工艺参数为：反应温度为950℃~1000℃，搅拌速度为45020rad/min，冰晶石与TiO2质量添加比为1:1。复合材料组织中生成了TiB2，呈多边形或块状，还有少量条状、块状的Al3Ti，增强颗粒平均尺寸约为2~4μm，分布均匀。(2)研究不同材料的布氏硬度发现，复合材料的布氏硬度值达到113，相比7075基体提高了25.5%，热挤压后的复合材料布氏硬度达到120，比复合材料铸态提高了6.19%。(3)对复合材料和7075合金进行热处理发现，复合材料最佳热处理工艺为：均匀化退火为455°C/24h，固溶为465°C/1.5h，时效为130°C/21h。同时研究这两种材料时效态的布氏硬度随时效时间变化时发现，在相同时效温度下，TiB2/7075复合材料的时效峰值比7075合金提前约3h。(4)拉伸性能方面，复合材料挤压棒材的抗拉强度为633MPa,相比7075合金提高了约7.3%。复合材料时效态的抗拉强度可达665MPa,比7075合金和复合材料分别提高了12.7%和5%；延伸率为8.9%，显示出良好的力学性能。拉伸断口形貌表明，7075合金以韧性断裂为主，复合材料和时效态的复合材料的塑性均有所下降。(5)对复合材料和7075合金的铸态和时效态进行了磨粒磨损实验，结果表明复合材料的耐磨性要高于7075合金，与7075合金时效态的耐磨性相当；而复合材料时效后的耐磨性是四种试样中最高的。磨损形貌分析表明，复合材料时效态比其他三种试样的磨损犁沟变细变浅，表面磨屑极少，耐磨性得到提高。
【作者】边天军；
【导师】赵宇光；
【作者基本信息】吉林大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】原位TiB2/7075复合材料；工艺参数；热处理；拉伸性能；磨粒磨损；

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