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具有比模量较高、比强度较高、耐磨性较好的颗粒增强铝基复合材料在汽车和铁路等工业中有广阔的应用前景。用铸造方法制备外加Ti N颗粒增强铝基复合材料受Ti N与铝湿润性的影响。Ti N颗粒尺寸越小,越难加入,颗粒分散越困难。超声振动处理因其独特的空化效应在粉体材料和铝基复合材料制备中受到广泛的重视。本文的研究内容包括两个方面:超声空化对多孔Ti N颗粒的作用规律和机理以及Ti N颗粒增强铝基复合材料的制备及性能研究。采用直接氮化法制备的Ti N颗粒保留了其原料海绵钛的多孔微观结构。Ti N平均粒径为264μm,中位孔径为4μm。观察到超声作用下空泡在多孔Ti N颗粒表面的重复性形成、长大及非对称溃灭。多孔Ti N颗粒的强度与颗粒大小成反比,其强度在42-122 MPa以上。系统研究了水中超声声强、作用时间、Ti N颗粒含量和液体体积对多孔Ti N颗粒的粉碎规律。在声强分别为11、29和33W/cm2条件下,超声作用能够粉碎多孔Ti N颗粒。多孔Ti N颗粒的粉碎过程包括粉碎生成10-30μm的Ti N颗粒和一定时间后生成的亚微米Ti N颗粒。超声声强增加,多孔Ti N颗粒的粉碎时间减少。在声强为29 W/cm2时,颗粒含量(2.5g-10 g)和液体体积(250 ml-500 ml)对多孔Ti N颗粒的粉碎时间影响不大。声强为59W/cm2时,超声作用能够粉碎铝熔体中加入的多孔Ti N颗粒。粉碎生成的15μm Ti N颗粒均匀分散于铝熔体中。采用ANSYS软件中结构—声场(流体)耦合模块对以上试验中各条件下的声压分布和大小进行了计算。结果表明:当声压比(声压与空化阈值声压比)为10时,空泡溃灭形成的微射流和冲击波能造成多孔Ti N的沿晶断裂和颗粒表面的剥蚀。在以上研究的基础上采用铸造法成功制备了平均尺寸为15μm,含量为12 wt.%的Ti N颗粒增强CP Al、A356和Al-5Cu基复合材料。XRD、SEM、TEM等显示Ti N颗粒与铝基体界面干净,无界面反应发生。Ti N颗粒的加入使得复合材料晶粒细化,硬度和抗拉强度提高,摩擦系数和磨损降低。对于CP Al、A356和Al-5Cu,硬度分别提高100%、45%和56%,强度分别提高44%、23%和45%,摩擦系数分别降低20%、13%和8%,磨损分别降低54%、73%和79%。