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氮化钛(TiN)具有高熔点、高硬度、低热膨胀系数等优点,且与铝基体具有良好的晶格匹配关系,是铝合金中具有潜力的增强粒子。然而,TiN与Al易发生的界面反应是一个长期存在的难题,生成的粗大板条状TiAl3严重影响了复合材料的综合性能,进而限制了 TiN增强铝基复合材料的加工和应用。因此,降低TiN在铝熔体中的转化率,制备出组织性能良好、没有副产物的TiN增强铝基复合材料具有重要意义。本文在课题组前人的研究基础上,通过合理设计反应条件,系统研究了液固反应温度、反应时间、TiN与C之间比例关系对TiN转化率的影响,以获得最优化工艺。利用TiN与铝基体的微界面反应,设计并制备出了纳米铝化物(Al4C3、AlN)和亚微米TiN颗粒增强铝基复合材料。利用XRD、DSC、SEM和TEM等一系列测试技术对复合材料做了系统研究,分析了其室温及高温(350℃)力学性能与材料组织、粒子含量的关系;同时,针对(TiN+C)/Al体系的不足,在TiN/Al体系中引入B元素以使粗大TiAl3转化成热力学上更稳定的TiB2相,并通过检测手段对TiN在铝熔体中的界面反应做了系统的研究。此外,本文研究了(TiN+TiB2)/Al体系力学性能与组织分布之间的响应关系,揭示了反应条件对复合材料性能的影响规律。本文的主要研究工作如下:(1)C对TiN在铝熔体中转化行为的影响首先,论文针对(TiN+C)/Al体系,通过对反应体系进行Gibbs自由能计算、DSC热差分析、XRD衍射分析以及组织观察分析等多种手段研究了体系中TiN的演变行为,发现:熔体中TiA13会随着液固反应温度的升高而不断增多,且反应温度达到800℃后会生成氧化铝颗粒,继续升高温度,氧化铝的粒径和含量均升高。设定液固反应温度为700℃,实验发现:TiN在1.5h内的转化率保持稳定,继续延长反应时间则其转化率升高;确定反应时间和温度,在较短时间(lh)的反应条件下,随着C含量的升高,TiN的转化率呈现一种先降低后升高的趋势,但对于长时间(2h)的反应条件下,C的含量对转化率影响不明显。(2)TiN与原位合成纳米Al4C3(AlN)颗粒增强铝基复合材料的制备基于对TiN转化条件的分析,以670℃下液固反应2h的挤压态Al-5TiN-0.6C复合材料为研究对象,利用TiN在Al熔体中的微界面反应,获得了纳米AlN、Al4C3颗粒以及亚微米TiN颗粒增强铝基复合材料。研究了复合材料中颗粒的含量对其组织演变以及性能的影响规律,结果表明:随着增强粒子含量的增加,材料晶粒度下降,择优取向有所转变,室温及350℃高温强度有较为明显的提升,材料的室温强度和延伸率可达到325 MPa和12%;350℃的高温强度和延伸率则为 151 MPa 和 7%。(3)硼质体对TiN在铝熔体中转化行为的影响为弥补(Al-TiN)/C体系的不足,消除材料中残留的TiAl3相,在课题组相关研究的基础上,通过硼质体向TiN/Al体系中引入B元素,使TiAl3转化成热力学稳定的TiB2颗粒,并系统研究了液固反应时间、反应温度、B/Ti比对TiN转化率的影响。实验结果发现:随着B元素的引入,原本粗大的TiAl3相其粒径逐渐变小,当B/Ti比达到2:1时,TiN的转化完全受到抑制,不再有TiAl3的生成。通过TEM分析发现,复合材料中的TiN粒子周围存在大量壳状AlN,分析认为:致密的AlN壳阻碍了 TiN与铝的接触,从而阻止了 TiN的转化。