材料成型与控制专业综合实验new

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1、兰州理工大学材料科学与工程学院材料成型与控制专业综合实验指导书2006.3实验一新材料制备与研究实验——Al-Ti-C细化合金的燃烧合成及其对铝及铝合金细化效果评价1实验简介1.1自蔓延燃烧合成法（SHS）简介：燃烧合成(CombustionSynthesis)，又称自蔓延高温合成（Self-propagatingHighTemperatureSynthesis，简称SHS），是近年来蓬勃发展的一门现代材料制备科学与技术。SHS反应过程中放出了大量的热量，因此反应不需外界提供能量而自我维持。整个过程是将待合成的粉末（如A和B）按一定比例混合制成压坯，在空

2、气中或惰性气体中点燃，产生大量的放热，维持反应继续进行，当燃烧波阵面推移前进时，反应物转变为生成物。其基本反应式为：mA+nBAmBn+J图1为SHS反应模拟过程。反应传播方向AmBn反应生产物反应区预热区mA+nB原料区图1SHS反应模拟过程燃烧合成反应的本质是放热的化学反应过程，它具有以下特点：反应温度高；反应过程速度快，持续时间短，生产效率高；燃烧合成过程有两种点燃（引发）方式。一种方式为燃烧法，反应物局部点燃后，反应以燃烧波的方式进行,燃烧波自动蔓延过整个反应。另一种方式热爆法，将整个反应物加热到某一温度，整个反应物同时发生反应，反应不是以燃烧波

3、的方式进行，而是如同爆炸一样。前一种引发方式适用于高放热体系，后一种引发方式适用于低放热体系。1.2铝及铝合金晶粒细化合金简介细化晶粒是提高材料强度、塑性和韧性的重要手段之一。铝及铝合金细化剂是铝材加工过程中必须加入的产品，是提高铝及铝合金加工质量的重要途径，提高铝及铝合金的铸造速度，改善铸锭的表面质量；在生产中晶粒细化剂加入量一般为加工量的0.1-0.2%。铝箔在生产过程中涉及从熔铸、热轧、冷轧到箔轧的所有加工工艺和热处理工艺，是铝加工生产中工序最多、加工技术难度最大的铝材产品之一，铝箔愈趋于薄型，技术难度愈大，经济效益也愈可观。铝箔生产水平某种程度上

4、代表着一个国家铝加工工业的先进程度和发展水平。减小铝箔厚度和进一步提高铝箔的质量已成为铝箔工业的主要发展方向。但铝箔作为一种特殊加工产品，加工设备参数的调节只能在有限范围内对产品质量进行控制，此时，铝箔组织的控制就显得尤为重要。国内外铝及铝合金晶粒细化合金主要有Al-Ti，Al-Ti-B，Al-Ti-B-RE系列，产品形式有合金锭和线材。应用比较成熟的细化合金系列有Al-Ti-B，Al-Ti-B-RE。Al-Ti-B细化晶粒的效率比Al-Ti高出十多倍，细化效果的稳定性优于Al-Ti。但其存在如下问题：1、TiB2相在铝熔体中几乎不溶，而且容易聚集沉淀。

5、污染熔化炉，不能满足现代铝合金铸轧生产的要求，对产品的性能和质量产生不良影响；2、随着该中间合金的循环使用，废料中可带入一定量的硼，会对一些产品产生污染；3、对于含有Cr、Mn、Zr等元素的铝合金，Al-Ti-B合金晶粒细化能力极弱或完全失去晶粒细化能力，出现通常所说的晶粒细化剂“中毒”现象；4、由于其中含有B元素，价格也比较高（如进口LSM公司Al-5Ti-B的价格为4.0-4.5万元/吨）。目前国内外正在研究开发的Al-Ti-C铝合金细化合金就是针对以上问题提出的。但由于C元素对Al液的浸润性极差，难以进入到Al-Ti合金熔体中，制备Al-Ti-C中

6、间合金的关键是如何有效的在中间合金中引入足够数量的碳。采用常规的熔炼方法来制备Al-Ti-C中间合金时，曾采用通入含碳气体或直接加入石墨进行搅拌的形式引入碳，但由于铝液对碳的润湿性差，最终的效果并不理想，这种原位制备Al-Ti-C中间合金的大量研究工作均以失败而告终，最终都没有成功的引入足够数量的C进入铝液，这使得很多研究者认为，几乎不可能提高含Ti铝合金中的C含量，在六十和七十年代，这项研究止步不前。2000年荷兰的Brinkman等人实验研究表明，Al-Ti-C细化合金可采用元素粉末通过自蔓延高温燃烧合成法（SHS）热爆合成，反应方程式如下：3Al+

7、Ti→Al3Ti+JTi+C→TiC+JAl3Ti+C→TiC+3Al+J这为Al-Ti-C细化合金的制备提供了一个崭新的思路，引起了人们广泛的关注。自蔓延高温燃烧合成作为一种制备Al-Ti-C细化合金的新方法，由于自身的反应特点而克服了上述的问题，可以制备出含碳量在一定范围内变化的Al-Ti-C细化合金，从而获得所需的相组成和相结构。目前国外一些著名公司生产了部分Al-Ti-C晶粒细化线材并在铝加工工厂应用，正在逐渐替代Al-Ti-B合金。2实验目的为加强学生对新材料知识的认识，并让学生自己动手，用新方法制备新材料。利用实验室现有的设备对所制备的材料进

8、行结构、性能的测试与表征，从而使其通过实际操作，深刻体会材料性能的实质，感受材料