原位纳米(TiB_(2)+ZrB_(2))颗粒与Sb协同增强A356铝合金微观组织与力学性能

在A356铝合金中同时引入原位纳米颗粒(TiB_(2)+ZrB_(2))和元素Sb,通过纳米颗粒对基体的强化和Sb提高颗粒分散性所产生的协同作用来提高材料的力学性能。结果表明,单独引入(TiB_(2)+ZrB_(2))颗粒会细化α-Al基体,减小二次枝晶臂间距,但复合材料内部存在严重团聚现象,不利于性能的提高。在此基础上引入Sb,降低纳米颗粒与Al基体间的界面能,纳米颗粒的团聚现象得到显著改善。原位纳米(TiB_(2)+ZrB_(2))颗粒和Sb的协同引入使复合材料的强度和塑性较A356基体大幅提高,当(TiB_(2)+ZrB_(2))和Sb的引入量分别为3%和0.6%(质量分数)时,铸态复合材料的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到216.4 MPa、119.7 MPa和7.2%,相较A356基体的性能分别提高29.7%、23.5%、84.6%。

高能球磨及热挤压对Al-Ti-B细化剂纳米TiB_(2)颗粒分散性与细化性能的影响

为获得高晶粒细化性能的Al-Ti-B细化剂,本文利用高能球磨法在微米Ti粉上负载纳米TiB_(2)颗粒制备了Ti/TiB_(2)粉末细化剂,并采用热挤压工艺制备了杆状Al-Ti-B细化剂,对比分析了两种细化剂的晶粒细化性能及机理。研究表明:高能球磨可将纳米TiB_(2)颗粒均匀负载分散在微米Ti粉表面,使工业纯铝的平均晶粒尺寸细化至74.6μm;热挤压则使细化剂致密化,微米Ti粉及纳米TiB_(2)颗粒在铝基体中分布更加均匀,可将工业纯铝的平均晶粒尺寸进一步细化至58.4μm,获得最佳细化效果,并使细化剂的抗衰退性能提高。机理分析表明,随着细化剂中纳米TiB_(2)颗粒的分散性提高、团聚现象减缓,其在铝熔体中的沉降速度缓慢,对晶粒的形核促进作用、长大抑制作用更充分,是热挤压Al-Ti-B细化剂对工业纯铝有优异晶粒细化效果的关键。

TiB_(2)/Mg-4Al-xSi镁基复合材料的耐磨性能研究

细化Mg_(2)Si相是提高Mg-Al-Si合金强度和韧性的重要措施,以TiB_(2)纳米颗粒作为Mg_(2)Si的异质形核剂,采用半固态搅拌结合熔体超声处理法将TiB_(2)纳米颗粒加入Mg-4Al-x Si(x=0.5,1.0,1.5,2.0)(质量分数,下同)合金熔体中,制备出TiB_(2)与Mg_(2)Si混杂增强镁基复合材料。利用光学显微镜和扫描电镜观察了复合材料中Mg_(2)Si相的形貌和尺寸,采用图像分析软件Image-J统计分析了Mg_(2)Si相的体积分数,重点研究了不同Si含量复合材料的耐磨性能。结果表明,TiB_(2)纳米颗粒的加入显著细化了Mg-4Al-x Si(x=0.5,1.0,1.5,2.0)合金中的共晶Mg_(2)Si相和初生Mg2Si相,显著提高了合金的硬度和耐磨性。随着Si含量的增加,TiB_(2)/Mg-4Al-xSi(x=0.5,1.0,1.5,2.0)复合材料的耐磨性能先升高后降低,当Si含量为1.5%时耐磨性能最佳。