第5期 李桂荣等：微纳米ZrB,。/Al复合材料的原位合成机制和组织特征 ·557· 米ZB2颗粒增强铝基复合材料.优化的合成工艺 in situ Al-based composites containing TiB,and Al,O:submicron 为：起始合成温度850~870℃，反应时间为25~ particles.Compos Sci Technol,2005,65(10):1537 30min.此时ZrB,颗粒尺寸为300~400nm,颗粒间 [5]Zhao YT,Zhang S L,Chen G,et al.Effeets of molten tempera- ture on the morphologies of in situ AlZr and ZrB and wear prop- 距200nm左右.当颗粒理论体积分数为3%时，单 erties of (Al Zr +ZrB,)/Al composites.Mater Sci Eng A,2007, 位体积颗粒形核数量为6.68×10”m-3,平均线长 457(1/2):156 大速率为47.3nm·s-1. [6]Wang Y,Wang H Y,Xiu K,et al.Fabrication of TiB2 particulate (2)从扩散、黏度和密度等因素分析了亚微米 reinforced magnesium matrix composites by two step processing method.Mater Lett,2006,60(12):1533 ZrB,颗粒团簇的原因.认为从理论上看，ZxB,粒子 7]Kerti I.Production of TiC reinforced-aluminum composites with 无规则碰撞后引起颗粒扩散位移，可使350nm颗粒 the addition of elemental carbon.Mater Lett,2005,59 (29/30): 在10min内迁移1925.5nm,相当于5.5倍颗粒直 3795 径，但大量细小的高熔点ZB2颗粒悬浮于铝液中增 [8]Marur P R.An engineering approach for evaluating effective elas- 加了熔体黏度和黏滞阻力，限制了颗粒迁移：此外 tic moduli of particulate composites.Mater Lett,2004,58 (30): ZB,颗粒密度大，虽然尺寸小，但仍具有较高的沉 3971 9]Cholewa M.Simulation of solidification process for composites mi- 降速率，也是造成颗粒团簇的重要原因 croegion with incomplete wetting of reinforcing particle.Mater (3)应用治金物理化学理论分析了原位反应热 Process Technol,2005,164/165:1181 力学和动力学过程.结果表明：合成过程中间相是 [10]Roy D,Ghosh S,Basumallick A,et al.Preparation of Fe-alumi- AlZr、AlB2、☑x]原子和B]原子，通过A山Zr-AlB2 nide reinforced in situ metal matrix composites by reactive hot pressing.Mater Sci Eng A,2006,415(1/2)202 间的分子化合及[☑]一B]间的原子化合得到高温 [11]Li G R,Zhao Y T,Dai Q X,et al.Fabrication and properties of 稳定的ZrB2相. in situ synthesized particles reinforced aluminum matrix compos- ites of Al-Zr-0-B system.J Mater Sci,2007,42(14):5442 参考文献 [12]Wang H M,Li G R,Zhao Y T,et al.In situ fabrication and mi- [1]Li G R,Zhao Y T,Dai QX,et al.Effect of casting technologies crostructure of Al2O3 particles reinforced aluminum matrix com- on microstructures and properties of (Al2O+Al Zr)/A356 in posites.Mater Sci Eng A,2010,527(12):2881 situ composites.Chin J Nonferrous Met,2006,16(12):2060 13] Wang H M,Li G R,Zhao Y T,et al.Wear behavior of (Al Zr (李桂荣，赵玉涛，戴起锄，等.铸造工艺对(A203+AZ)。/ +Al203)/A359 composites by in-situ electromagnetic casting A356原位复合材料组织和性能的影响.中国有色金属学报， Rare Met Mater Eng,2006,35(4):669 2006,16(12):2060) (王宏明，李桂荣，赵玉涛，等.电磁铸造法制备的(A203+ 2]Wang C S.Geng L,Wang D Z.Microstructure formation mecha- A3Zx)）,/A359复合材料的磨损行为.稀有金属材料与工程， nism of (Al2O3 TiB +Al Ti)/Al composites fabricated by re- 2006,35(4):669) active hot pressing.Key Eng Mater,2007,353-358:1439 14]Kolednik O,Unterweger K.The ductility of metal matrix compos- B3]Onlii BS,Atik E.Tribological properties of journal bearings man- ites-relation to local deformation behavior and damage evolution. ufactured from particle reinforced Al composites.Mater Des, Eng Fract Mech,2008,75(12):3663 2009,30(4):1381 [15]Wang H M,Li G R,Dai Q X,et al.Effect of additives on vis- Tiong S C,Wang G S,Mai Y W.High cycle fatigue response of cosity of LATS refining ladle slag.IS/J Int,2006,46(5):637第 5 期 李桂荣等: 微纳米 ZrB2p /Al 复合材料的原位合成机制和组织特征 米 ZrB2 颗粒增强铝基复合材料． 优化的合成工艺 为: 起始 合 成 温 度 850 ～ 870 ℃，反 应 时 间 为25 ～ 30 min． 此时 ZrB2 颗粒尺寸为 300 ～ 400 nm，颗粒间 距 200 nm 左右． 当颗粒理论体积分数为 3% 时，单 位体积颗粒形核数量为 6. 68 × 1017 m － 3 ，平均线长 大速率为 47. 3 nm·s － 1 ． ( 2) 从扩散、黏度和密度等因素分析了亚微米 ZrB2 颗粒团簇的原因． 认为从理论上看，ZrB2 粒子 无规则碰撞后引起颗粒扩散位移，可使 350 nm 颗粒 在 10 min 内迁移 1 925. 5 nm，相当于 5. 5 倍颗粒直 径，但大量细小的高熔点 ZrB2 颗粒悬浮于铝液中增 加了熔体黏度和黏滞阻力，限制了颗粒迁移; 此外 ZrB2 颗粒密度大，虽然尺寸小，但仍具有较高的沉 降速率，也是造成颗粒团簇的重要原因． ( 3) 应用冶金物理化学理论分析了原位反应热 力学和动力学过程． 结果表明: 合成过程中间相是 Al3Zr、AlB2、［Zr］原子和［B］原子，通过 Al3Zr--AlB2 间的分子化合及［Zr］--［B］间的原子化合得到高温 稳定的 ZrB2 相． 参 考 文 献 ［1］ Li G R，Zhao Y T，Dai Q X，et al． Effect of casting technologies on microstructures and properties of ( Al2O3 + Al3 Zr) p /A356 in situ composites． Chin J Nonferrous Met，2006，16( 12) : 2060 ( 李桂荣，赵玉涛，戴起勋，等． 铸造工艺对( Al2O3 + Al3 Zr) p / A356 原位复合材料组织和性能的影响． 中国有色金属学报， 2006，16( 12) : 2060) ［2］ Wang G S，Geng L，Wang D Z． Microstructure formation mecha￾nism of ( Al2O3 + TiB2 + Al3 Ti) /Al composites fabricated by re￾active hot pressing． Key Eng Mater，2007，353--358: 1439 ［3］ nlü B S，Atik E． Tribological properties of journal bearings man￾ufactured from particle reinforced Al composites． Mater Des， 2009，30( 4) : 1381 ［4］ Tjong S C，Wang G S，Mai Y W． High cycle fatigue response of in situ Al-based composites containing TiB2 and Al2O3 submicron particles． Compos Sci Technol，2005，65( 10) : 1537 ［5］ Zhao Y T，Zhang S L，Chen G，et al． Effects of molten tempera￾ture on the morphologies of in situ Al3 Zr and ZrB2 and wear prop￾erties of ( Al3 Zr + ZrB2 ) /Al composites． Mater Sci Eng A，2007， 457( 1 /2) : 156 ［6］ Wang Y，Wang H Y，Xiu K，et al． Fabrication of TiB2 particulate reinforced magnesium matrix composites by two step processing method． Mater Lett，2006，60( 12) : 1533 ［7］ Kerti I． Production of TiC reinforced-aluminum composites with the addition of elemental carbon． Mater Lett，2005，59( 29 /30) : 3795 ［8］ Marur P R． An engineering approach for evaluating effective elas￾tic moduli of particulate composites． Mater Lett，2004，58( 30) : 3971 ［9］ Cholewa M． Simulation of solidification process for composites mi￾cro-region with incomplete wetting of reinforcing particle． J Mater Process Technol，2005，164 /165: 1181 ［10］ Roy D，Ghosh S，Basumallick A，et al． Preparation of Fe-alumi￾nide reinforced in situ metal matrix composites by reactive hot pressing． Mater Sci Eng A，2006，415( 1 /2) : 202 ［11］ Li G R，Zhao Y T，Dai Q X，et al． Fabrication and properties of in situ synthesized particles reinforced aluminum matrix compos￾ites of Al-Zr-O-B system． J Mater Sci，2007，42( 14) : 5442 ［12］ Wang H M，Li G R，Zhao Y T，et al． In situ fabrication and mi￾crostructure of Al2O3 particles reinforced aluminum matrix com￾posites． Mater Sci Eng A，2010，527( 12) : 2881 ［13］ Wang H M，Li G R，Zhao Y T，et al． Wear behavior of ( Al3 Zr + Al2O3 ) p /A359 composites by in-situ electromagnetic casting． Rare Met Mater Eng，2006，35( 4) : 669 ( 王宏明，李桂荣，赵玉涛，等． 电磁铸造法制备的( Al2O3 + Al3 Zr) p /A359 复合材料的磨损行为． 稀有金属材料与工程， 2006，35( 4) : 669) ［14］ Kolednik O，Unterweger K． The ductility of metal matrix compos￾ites-relation to local deformation behavior and damage evolution． Eng Fract Mech，2008，75( 12) : 3663 ［15］ Wang H M，Li G R，Dai Q X，et al． Effect of additives on vis￾cosity of LATS refining ladle slag． ISIJ Int，2006，46( 5) : 637 ·557·