Al-Ti-B-O复合细化剂的细化机理研究

发布时间：2017-04-25 05:03

  本文关键词：Al-Ti-B-O复合细化剂的细化机理研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：Al-Ti-B-O细化剂是Al-Ti-B细化剂和Al_2O_3颗粒的结合,为探究Al-Ti-B-O细化剂的细化机理,可以先分别研究Al-Ti-B细化剂和Al_2O_3颗粒对Al合金的细化机理。由于Al-Ti-B细化剂的细化机理已经比较成熟,因此本文先重点研究了Al_2O_3颗粒对Al-Si合金的细化机理,再结合成熟的Al-Ti-B细化剂细化机理对Al-Ti-B-O细化剂的细化机理进行了分析。利用半固态机械搅拌+陶瓷刀剪切法向Al-7Si合金中加入1wt.%的SiO2粉末,通过原位反应法制备Al_2O_3颗粒增强Al-8Si基复合材料。利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)观察Al_2O_3颗粒的大小、分布及Al-8Si合金的组织特征并检测了合金的晶粒大小。结果表明,通过螺旋搅拌桨形成的涡流可以将外加粉末带入基体,同时也会吸入大量气体,带入的粉末往往以团聚的形式存在,而螺旋搅拌桨无法将这些团聚的粉末分散开。由于添加了陶瓷刀剪切工艺,难以分散的细小SiO2颗粒被剪切而分散开,在晶界处均匀分布。同时,复合材料中的α-Al晶粒转变为细小的等轴晶,而Al_2O_3颗粒周围的共晶Si向细小的块状转变。通过半固态机械搅拌+陶瓷刀剪切向Al-8Si合金中加入了不同尺寸和质量分数的γ-Al_2O_3颗粒。结果表明,相同添加质量分数下,小尺寸的γ-Al_2O_3颗粒在基体内分布范围更广,细化共晶相的能力更强,但团聚比大颗粒的γ-Al_2O_3颗粒严重。相同颗粒尺寸下添加1wt.%的γ-Al_2O_3颗粒最有利其在基体内的分散,添加量过多会造成严重的团聚现象。同时,添加的γ-Al_2O_3颗粒越大,对合金α-Al晶粒的细化效果越差,小尺寸的γ-Al_2O_3颗粒有利于α-Al晶粒的细化;添加1wt.%的γ-Al_2O_3颗粒最有利于细化α-Al晶粒。通过向Al-8Si合金中加入不同质量分数的Al-5Ti-1B细化剂和Al-5Ti-1B-6O复合细化剂,发现都有一个最佳添加量,达到最佳添加量时细化效果最好,超过最佳添加量时细化效果不变。两种细化剂最佳添加量都是0.6%左右,此时添加Al-5Ti-1B-6O细化剂的材料晶粒尺寸要小于添加Al-5Ti-1B细化剂的材料。经过Al-5Ti-1B-6O细化剂细化后的α-Al晶粒形貌为花瓣状,细化剂添加量为0.6wt.%时在花瓣状α-Al晶粒内部找到了白色的Al_2O_3颗粒,其尺寸大约为1μm,可以作为α-Al晶核的异质形核核心,通过增加形核率来细化晶粒。
【关键词】：Al_2O_3颗粒 细化机理 复合材料 Al-8Si 细化效果
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG292
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-27
• 1.1 铝及铝合金晶粒细化意义11-13
• 1.2 Al-Ti-B晶粒细化剂13-14
• 1.3 Al-Ti-B细化剂的制备方法14-16
• 1.3.1 氟盐法14-15
• 1.3.2 Al热还原法15
• 1.3.3 电解法15-16
• 1.3.4 自蔓延高温合成法16
• 1.3.5 熔体元素混合法16
• 1.4 Al-Ti-B细化剂的细化机理16-22
• 1.4.1 包晶反应理论16-18
• 1.4.2 粒子理论18
• 1.4.3 二重形核理论18-19
• 1.4.4 溶质理论19
• 1.4.5 组织遗传性理论19-20
• 1.4.6 自由生长理论20-22
• 1.5 Al-Si合金中共晶Si的变质22-23
• 1.6 Al_2O_3对Al-Si合金的细化23-25
• 1.7 本课题研究目的和研究内容25-27
• 第二章 实验材料、设备及分析方法27-32
• 2.1 实验原材料27-28
• 2.1.1 基体材料的选择27
• 2.1.2 增强相的选择27-28
• 2.2 实验设备28-30
• 2.2.1 熔炼设备28
• 2.2.2 机械搅拌装置28-30
• 2.3 材料测试分析方法30-32
• 2.3.1 金相试样制备30
• 2.3.2 光镜分析(OM)30-31
• 2.3.3 扫描电子显微镜分析31-32
• 第三章 原位Al_2O_3颗粒增强Al-8Si复合材料制备的研究32-38
• 3.1 引言32
• 3.2 复合材料制备工艺32-33
• 3.3 结果与讨论33-36
• 3.3.1 半固态搅拌剪切对Al合金显微组织的影响33-34
• 3.3.2 原位Al_2O_3对Al合金显微组织的影响34-36
• 3.4 本章小结36-38
• 第四章 外加γ-Al_2O_3对Al-8Si合金显微组织的影响38-46
• 4.1 引言38-39
• 4.2 实验工艺39
• 4.3 γ-Al_2O_3对Al-8Si合金显微组织的影响39-44
• 4.3.1 不同颗粒尺寸γ-Al_2O_3对Al-8Si合金显微组织的影响39-40
• 4.3.2 1μm γ-Al_2O_3对Al-8Si合金显微组织的影响40-41
• 4.3.3 γ-Al_2O_3颗粒增强铝基复合材料的扫描电镜分析41-43
• 4.3.4 γ-Al_2O_3对Al-8Si合金的细化效果分析43-44
• 4.4 本章小结44-46
• 第五章 Al-5Ti-B-6O细化剂对Al-8Si合金的细化效果及机理分析46-54
• 5.1 引言46
• 5.2 实验工艺46-47
• 5.3 不同细化剂种类、含量对Al-8Si合金的细化效果分析47-49
• 5.4 不同细化剂细化后材料的显微组织分析49
• 5.5 Al-5Ti-1B-6O细化剂细化后材料的SEM分析49-51
• 5.6 Al-Ti-B-O细化剂细化机理分析及展望51-53
• 5.7 本章小结53-54
• 第六章 主要结论54-55
• 参考文献55-62
• 致谢62-63
• 攻读硕士期间发表的论文及专利63

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