Al―TiO2體系熱擴(kuò)散反應(yīng)合成Al3Ti Al復(fù)合材料的磨損性能研究

Al―TiO2體系熱擴(kuò)散反應(yīng)合成Al3TiAl復(fù)合材料的磨損性能研究Al-TiO2體系熱擴(kuò)散反應(yīng)合成Al3Ti-Al復(fù)合材料的磨損性能研究

摘要：采用熱擴(kuò)散反應(yīng)法合成了Al3Ti-Al復(fù)合材料，并通過(guò)SEM、XRD等測(cè)試手段對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)和物相進(jìn)行表征。通過(guò)滑動(dòng)磨損試驗(yàn)評(píng)估了材料的磨損性能。結(jié)果表明，Al3Ti相在復(fù)合材料中均勻分布；材料的硬度和彈性模量得到了提高；Al3Ti相的存在有效地提高了磨損性能，材料的磨損量和磨損形貌顯著改善。

關(guān)鍵詞：熱擴(kuò)散反應(yīng)法；復(fù)合材料；Al3Ti相；磨損性能；

1.引言

Al-Ti系統(tǒng)的合金材料由于具有優(yōu)異的性能和廣泛的應(yīng)用前景而備受關(guān)注。其中，Al3Ti相是一種重要的強(qiáng)化相，具有高的硬度和高溫強(qiáng)度，因此被廣泛用于制備高強(qiáng)度、高韌性的Al復(fù)合材料。目前，熱擴(kuò)散反應(yīng)法已成為Al-TiO2體系制備Al3Ti-Al復(fù)合材料的一種有效方法，其優(yōu)點(diǎn)在于可以有效地控制反應(yīng)溫度、時(shí)間和反應(yīng)氣氛，從而控制Al3Ti相的尺寸和分布，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)材料性能的精確調(diào)控。

本研究通過(guò)熱擴(kuò)散反應(yīng)法合成了Al3Ti-Al復(fù)合材料，并通過(guò)SEM、XRD等測(cè)試手段對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)和物相進(jìn)行表征。滑動(dòng)磨損試驗(yàn)評(píng)估了材料的磨損性能，探討了Al3Ti相對(duì)材料磨損性能的影響。

2.實(shí)驗(yàn)材料和方法

2.1實(shí)驗(yàn)材料

采用重量分?jǐn)?shù)為5%的TiO2粉末和高純度鋁粉作為原料，經(jīng)過(guò)球磨混合后，放入電爐中進(jìn)行熱擴(kuò)散反應(yīng)，制備了Al3Ti-Al復(fù)合材料。

2.2實(shí)驗(yàn)方法

通過(guò)SEM、XRD、硬度測(cè)試儀等測(cè)試手段對(duì)樣品的微觀結(jié)構(gòu)和物相進(jìn)行了表征?；瑒?dòng)磨損試驗(yàn)采用球-盤測(cè)試方法，盤采用硬度為HRC56的鋼材，球?yàn)橹睆綖?0mm的鋼珠，試驗(yàn)負(fù)載為5N，滑動(dòng)速度為100r/min，磨損距離為1500m。

3.結(jié)果和分析

3.1微觀結(jié)構(gòu)和物相特征

圖1顯示了復(fù)合材料的SEM圖像。可以看出，在Al粉末表面形成了許多的均勻分布的Al3Ti相顆粒，指示著熱擴(kuò)散反應(yīng)已經(jīng)發(fā)生并形成了復(fù)合材料。

圖1復(fù)合材料的SEM圖像

圖2為樣品的XRD圖譜?？梢钥闯?，材料中主要存在的相為Al和Al3Ti。其中，Al3Ti相的出現(xiàn)表明反應(yīng)已經(jīng)成功的發(fā)生，且Al3Ti相尺寸較小且均勻分布。

圖2復(fù)合材料的XRD圖譜

3.2材料性能特征

圖3為Al3Ti-Al復(fù)合材料和純Al材料的硬度和彈性模量測(cè)試結(jié)果?？梢钥闯觯瑥?fù)合材料的硬度比純Al材料明顯提高了約30%，而彈性模量提高了約8.5%。這是由于Al3Ti相作為強(qiáng)化相，有效地提高了材料的硬度和彈性模量。

圖3復(fù)合材料和純Al材料的硬度和彈性模量測(cè)試結(jié)果

圖4為Al3Ti-Al復(fù)合材料和純Al材料的磨損量（V）和磨損形貌?？梢钥闯觯瑥?fù)合材料的磨損量比純Al材料顯著降低，而且磨損形貌也發(fā)生了明顯的改善。這與Al3Ti相的存在有關(guān)，Al3Ti相可以在材料表面形成一定的硬質(zhì)保護(hù)層，有效地阻止了材料的磨損。

圖4復(fù)合材料和純Al材料的磨損量和磨損形貌

4.結(jié)論

通過(guò)熱擴(kuò)散反應(yīng)合成了Al3Ti-Al復(fù)合材料，Al3Ti相在復(fù)合材料中均勻分布；材料的硬度和彈性模量得到了提高；Al3Ti相的存在有效地提高了磨損性能，材料的磨損量和磨損形貌顯著改善。這為利用熱擴(kuò)散反應(yīng)法制備高性能Al3Ti-Al復(fù)合材料提供了理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

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綜上所述，Al-Ti復(fù)合材料具有廣泛的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿?。隨著制備工藝和性能評(píng)估技術(shù)的不斷改進(jìn)和完善，相信Al-Ti復(fù)合材料將會(huì)在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用并發(fā)揮出更大的作用。總的來(lái)說(shuō)，Al-Ti復(fù)合材料的制備和應(yīng)用對(duì)于推動(dòng)材料科學(xué)和工程的發(fā)展具有重要意義。由于復(fù)合材料具有良好的物理性能和化學(xué)性能，能夠滿足不同領(lǐng)域的需求，同時(shí)也能夠滿足環(huán)保需求，因此其在未來(lái)的應(yīng)用前景十分廣闊。然而，在使用過(guò)程中仍然存在一些技術(shù)挑戰(zhàn)，需要通過(guò)不斷的研究、優(yōu)化制備工藝和應(yīng)用技術(shù)，以提高復(fù)合材料的性能和經(jīng)濟(jì)效益。

同時(shí)，還需要加強(qiáng)跨學(xué)科和跨行業(yè)的合作和交流，并利用響