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本文以7055Al-(Al-B+Ti)为熔体原位反应体系,采用中间合金反应法制备了原位内生TiB2颗粒增强7055复合材料。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、差热分析(DSC)、能量散射光谱(EDS)、X射线衍射(XRD)等现代分析方法,分析了低频磁场下不同工艺制备。TiB2/7055复合材料的微观组织、相组成以及内生颗粒的形貌、大小、分布特征;探讨了低频磁场下熔体原位反应法制备颗粒增强铝基复合材料的反应机制;研究了复合材料的力学性能,并分析了与组织间的对应关系及强化机理。研究结果如下:
1.X射线衍射图和SEM图分析表明,TiB2/7055复合材料主要由Al、CuAl2、MgZn2和TiB2相组成。反应温度为850℃,反应时间为20min时,反应基本结束,TiB2颗粒的形貌大部分呈多边形,颗粒尺寸一般为1～2μm。7055Al-Ti-B体系制各复合材料的最佳工艺参数:反应温度为850℃,反应时间为20min,增强相的生成质量分数为8%。
2.对于低频磁场条件下7055Al-Ti-B反应体系,水淬试样的SEM和EDS结果表明,低频磁场能显著地促进7055Al-Ti-B体系原位化学反应的进程,缩短化学反应的时间。复合材料SEM结果表明,TiB2颗粒尺寸细小,呈多边形状,颗粒尺寸大约在0.5～1μm,分布比较均匀。在一定的磁场作用时间下(15min),TiB2/7055复合材料随磁感应强度的增加,内生颗粒的质量分数增大,当磁感应强度为0.07T时,内生颗粒质量分数最高,分布最均匀。在一定的磁感应强度条件下(0.07T),5～20min磁场作用时间范围内,随着磁场作用时间的增加,内生颗粒的数量增多,最佳磁场作用时间为15min。
3.力学性能试验表明,熔体原位反应合成TiB2/7055复合材料的硬度较基体有较大的提高,复合材料的硬度值为100.4HV,较基体的平均硬度值91.3HV提高了9.9%。施加磁场后TiB2/7055复合材料的平均硬度值增加至115.4HV,较未施加磁场时复合材料的平均硬度值提高了26.3%。磁场作用下7055Al-Ti-B体系熔体原位合成复合材料的抗拉强度σb得到了显著的提高,延伸率δ有所下降,但变化不大。当磁感应强度为0.071T,磁场作用时间为15min时,复合材料的抗拉强度σb达到最大为330.7MPa,较未施加磁场作用时复合材料的性能提高了13.7%,延伸率δ变化不大。室温拉伸断口形貌表明,复合材料的断裂方式为部分韧窝+部分准解理的混合型断裂,表现为塑性断裂。复合材料的强化机制主要由位错强化、细晶强化和Orowan强化构成,且位错强化作用最为显著。