原位顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制備實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

熔體法（。瞄）制備鋁基復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 了解熔體反應(yīng)法制備鋁基復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)的原理；2、 掌握熔體法制備金屬基復(fù)合材料的基本操作要領(lǐng)；3、 分析（DMR）方法制備鋁基復(fù)合材料的主要缺陷及形成原因。二、 實(shí)驗(yàn)原理熔體直接反應(yīng)法（DirectMeltReaction），又稱熔體反應(yīng)法，是綜合了接觸反應(yīng)法（CR法）和混合鹽反應(yīng)法（LSM法）的特點(diǎn)發(fā)展而成的一種原位復(fù)合材料制備方法。其基本原理是將含有增強(qiáng)顆粒形成元素的固體顆粒或粉末在某一溫度加到熔融的鋁合金中，然后攪拌使反應(yīng)充分進(jìn)行，從而制備內(nèi)生顆粒增強(qiáng)的復(fù)合材料。與LSM法不同之處在于：可以直接加入單一的鹽或氧化物與金屬熔體完成反應(yīng)。熔體反應(yīng)法由于以現(xiàn)有的鋁合金熔煉工藝為基礎(chǔ)，在鋁熔體中直接形成增強(qiáng)顆粒，并且可以直接鑄造成各種形狀的復(fù)合材料鑄件。熔體直接反應(yīng)法具有工藝簡(jiǎn)單、無(wú)需真空和惰性氣體保護(hù)系統(tǒng)，也無(wú)需球磨混粉和壓坯成形等工序；可直接澆注成形，生產(chǎn)周期短、制備成本低、易于批量生產(chǎn)和推廣；并且原材料為鹽類，來(lái)源廣泛且成本低，因此有廣闊的應(yīng)用前景。不足之處：形成的增強(qiáng)相經(jīng)常被鹽膜覆蓋，削弱了增強(qiáng)效果。而且制備的顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在彈性模量、抗拉強(qiáng)度和耐磨性較大程度提高的同時(shí)，塑性下降；反應(yīng)過程中有大量氣體逸出，需良好的通風(fēng)裝置；關(guān)于原位反應(yīng)的生成溫度都不確定，800°C還是750°C，沒有定論；反應(yīng)溫度

過高，對(duì)增強(qiáng)顆粒形貌控制不利，而且惡化了鋁液質(zhì)量；制備的顆粒體積分?jǐn)?shù)較低；且形成的液態(tài)渣清除困難，并對(duì)坩蝸及操作工具有腐蝕作用；本實(shí)驗(yàn)選用Al-K2ZrF6-X（X=B、B2O3、KBF4）反應(yīng)體系，以純鋁、2124鋁為基體，反應(yīng)生成Al3Zr+ZrB2顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。初步擬用K2ZrF6與KBF4等混合鹽與鋁基體進(jìn)行原位反應(yīng)，通過改變Zr：B原子比，可以得到一元或二元組合的顆粒增強(qiáng)相。（1）當(dāng)Zr：B原子比為1：2時(shí)，熔體中可能發(fā)生的反應(yīng)為：10A1+6KBF4+3K2ZrF6=3ZrB2+K3AlF6+9KAlF4（1）（2）當(dāng)Zr：B原子比為1：1時(shí)，熔體中可能發(fā)生的反應(yīng)為:23Al+6KBF4+6K2ZrF6=3Al3Zr+3ZrB2+2K3AlF6+12KAlF4（2）實(shí)驗(yàn)步實(shí)驗(yàn)步一）制備前的準(zhǔn)備1、2124鋁合金準(zhǔn)備與稱量根據(jù)原位反應(yīng)需要量以及坩蝸大小等因素將2124鋁合金鋸成適當(dāng)小塊狀（便于融化），稱量后放入坩蝸，將電阻爐溫度設(shè)定750oC左右后加熱升溫。2、反應(yīng)藥品烘干通過反應(yīng)方程式分別計(jì)算原位反應(yīng)物：KBF4與K2ZrF6使用量，采用電子天平進(jìn)行稱量，然后用鋁箔承好后用放入烘干箱，溫度設(shè)定為150?200oC，烘干30分鐘。3、模具預(yù)熱將銅模進(jìn)行打磨清理，防止雜物進(jìn)入模具內(nèi)，放入保溫爐進(jìn)行預(yù)熱，溫度250?280oC，時(shí)間30分鐘。二）復(fù)合材料原位反應(yīng)制備1、等待鋁塊全部融化后，將熱電偶深入鋁液內(nèi)，測(cè)量熔體溫度；最佳反應(yīng)溫度：720?750oC。2、 原位反應(yīng)及時(shí)間當(dāng)熔體溫度到達(dá)制定范圍內(nèi)時(shí)，分別分批次，小劑量的加入KBF4與K2ZrF6；并根據(jù)具體情況，反應(yīng)時(shí)間確定在5~10分鐘。3、 原位反應(yīng)后處理待反應(yīng)完畢后，從電阻爐路中取出坩蝸，將扒渣后的鋁液倒入準(zhǔn)備好的模具，空冷至室溫。4、 操作要點(diǎn)熱浸操作要領(lǐng)是“扒、壓、攪”：“扒”是指實(shí)驗(yàn)過程中及時(shí)將反應(yīng)過程中生成的氧化鋁膜和原位反應(yīng)生成的氟鹽爐渣扒出去?！皦骸本褪侵敢⒁庠谒幏奂尤脒^程中，由于熔體表面張力作用，反應(yīng)物難以進(jìn)入熔體，通過鐘罩將反應(yīng)物壓入熔體內(nèi)，使其順利發(fā)生原位反應(yīng)?！皵嚒笔菍⒎磻?yīng)物在鋁液熔體中充分?jǐn)嚢杌旌?，增加反?yīng)鹽與鋁液接觸概率，使其反應(yīng)充分，避免反應(yīng)不完全現(xiàn)象。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、 要敘述熔體