TiC颗粒增强铝基复合材料的制备及其性能研究

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本文采用DSC、X-ray、SEM等现代分析方法,研究了Ti-C-Al-Ni体系反应过程、复合材料的微观组织形貌和性能。探讨Ti-C-Al-Ni体系热力学以及成分、热爆温度等因素对产物组织形貌的影响,给出了较佳的增强体系70wt%(Ti-C)-Al-Ni和80wt%(Ti-C)-Al-Ni,用SHS铸造法制备出TiC颗粒增强铝基复合材料,并进行了力学性能和耐磨性能的测试。 热力学计算结果表明:在Ti-C-Al-Ni体系的产物中,TiC为热力学最稳定相,NiAl次之。Ti-C-Al-Ni体系的热爆反应是由低温反应Al+Ni→NiAl放热引发Ti+C→TiC反应,形成NiAl和TiC。Ti、C含量对热爆温度和产物的形貌有显著的影响,随Ti、C含量增加,热爆起始温度和绝热温度升高,NiAl发生部分或全部熔化,由低Ti、C含量(15wt%)下细小、圆球状NiAl、TiC向较高Ti、C含量下(30~50wt%)熔态NiAl和近似圆球状TiC转变,在50wt%(Ti-C)时形成致密的NiAl金属间化合物基复合材料;更高Ti、C含量(70~80wt%)下,TiC略长大,呈不规则颗粒状,熔融的NiAl大大减少,分布其上。以70wt%(Ti-C)-Al-Ni和80wt%(Ti-C)-Al-Ni体系制备出TiC颗粒增强铝基复合材料,其显微组织为直径2μm左右呈近球状的TiC颗粒均匀分布在Al基体上。 复合材料性能测试结果表明:复合材料的硬度、拉伸强度和耐磨性均随着TiC颗粒体积含量的增加而得到提高;3vol%和3.5vol%TiC颗粒增强铝基复合材料的抗拉强度分别达到180MPa和230MPa;硬度分别是基体硬度的2.5倍和3倍;TiC颗粒增强铝基复合材料的耐磨性比基体提高了3.3倍和4.2倍;复合材料的室温干滑动磨损机制以磨粒磨损为主,还有少量氧化磨损。磨损表面富Fe层中Fe的含量随着TiC含量的升高而增加。
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