凝固速率对Al3Ti/Al复合材料显微组织的影响

Al3Ti具有低密度(3.36g/cm3)、高熔点(1350℃)、高弹性模量(217GPa)及良好的耐蚀性能，因而备受观注，是非常理想的原位增强相。采用常规铸造法制备的Al3Ti增强铝基复合材料中，Al基体上分布着粗大树枝状或针状的初生DO22-Al3Ti，这种形态的Al3Ti严重恶化Al3Ti增强铝基复合材料的力学性能，从而在一定程度上限制它的发展。本文以工业钛剂和纯铝为反应物，通过熔体反应法，采用不同材质、形状的模具浇注制备了Al3Ti/Al复合材料，并研究了凝固速率对该复合材料微观组织的影响。

　　实验用原材料为工业用铝锭(纯度99.9%)和工业钛剂(含Ti量为75wt.%)，余为熔盐类将反应物工业钛剂在研钵中研磨15min，使用千斤顶和模具进行压制，压制压力为40MPa，获得准15mm的圆柱体钛剂小块，然后在250℃下烘烤3h。将工业纯铝放入石墨坩埚中，将其置于井式电炉中进行熔炼，将铝锭加热至750℃熔化后，使用六氯乙烷进行精炼，升温至900℃后，加入钛剂(Ti的加入量占熔体1wt%，理论上反应生成Al3Ti体积分数为2.1%)，然后使用搅拌棒搅拌5min后保温15min以保证熔体成分均匀。然后在900℃时直接浇入模具中。本研究采用的浇注模具有两种：砂型和铜模。

　　不同凝固速率对Al3Ti颗粒的形貌及尺寸有着较大的影响。在较慢的凝固速率下，Al3Ti呈长针状，长度在50～150μm；在较快的凝固速率下，Al3Ti呈短棒状，长度在10μm左右，但是在铜模凝固层最薄处的组织中Al3Ti呈四角形状，尺寸在10μm以下。随着凝固速率的增加，Al3Ti/Al复合材料的晶粒尺寸逐渐变小。