内生增强铝基复合材料微波热爆反应机制与组织演变

基本信息
批准号:51571118
项目类别:面上项目
资助金额:62.00
负责人:朱和国
学科分类:
依托单位:南京理工大学
批准年份:2015
结题年份:2019
起止时间:2016-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:赵军,王秀娟,崔涛,董抗,华波,孙浩,徐驰,郭冠宏
关键词:
铝基复合材料微波热爆反应非热效应反应机制组织演变
结项摘要

In situ aluminum matrix composites has been attracted because that the in situ reinforcements are of no pollution, high thermal stability, good compatibility and high interface strength with the matrix. Thermal explosion reaction method is one of the effective fabrication methods. However, its high energy consumption, long preparation period, easy coarsening in microstructure and heavy burden on environment. Combining the microwave technology with the thermal explosion synthesis for fabricating aluminum matrix composites is a novel technology, which will result in the significant decrease in ignition temperature, great increase in reaction velocity, refining and improving the distribution of the reinforcements, substantial decrease in energy consumption and good in concordance with the environment. In this project, Al-ZrO2-B2O3 reaction system as our research object, the Gibb's free energy,entropy and enthalpy thermodynamic parameters are studied to indicate the thermodynamic mechanism of this system. To indicate the microwave thermal explosion reaction kinetics, the reaction rate and activation energy, numerical simulation and microwave non-thermal effects of the microwave thermal explosion reaction are researched. We change the molar ratio of the components and analyze the composition, morphology, microstructure and distribution of reinforcements to reveal the mechanism of microstructure evolution. Based on above investigations, a new fabrication technology with high energy efficiency and friendly environment relationship, and in situ reinforced aluminum matrix composites with excellent properties can be obtained. Microwave thermal explosion theory of the reinforced aluminum composites can also be initially established.

内生增强铝基复合材料因其增强体无污染,热力学稳定,与基体的相容性好、界面结合强度高而备受关注。热爆反应法为其有效制备方法之一被广泛采用。然而,该法能耗高、制备周期长、组织易粗化、环境负担重。为此,申请者将微波技术引入热爆反应法合成内生增强铝基复合材料,此时,发现起爆温度明显降低,反应速率显著提高,增强体细化、分布改善,能耗降低、环境友好。本项目以Al-ZrO2-B2O3体系为研究对象,研究吉布氏自由能、熵和焓等热力学参数,揭示微波热爆反应的热力学机制;研究微波作用下的反应活化能、反应速率,以相同初末温度比较法探讨微波非热效应,数值模拟微波热爆反应过程,揭示微波热爆反应动力学机制;改变组分摩尔比,分析微波作用下反应组织的组成、形貌、微观结构及其分布规律,揭示组织演变机制。通过本项目研究可获得节能、高效、环境友好的新型反应制备技术和性能优异的内生增强铝基复合材料,初步形成微波热爆反应理论。

项目摘要

内生增强金属基复合材料因其增强体无污染,热力学稳定,与基体的相容性好、界面结合强度高而备受关注。热爆反应法为其有效制备方法之一被广泛采用。然而,该法能耗高、制备周期长、组织易粗化、环境负担重。本课题以Al-Cu-Ti-C和Al-Cu-Ti-B两种体系,分别采用微波热爆和传统热爆制备了TiC和TiB2增强Al-Cu合金基复合材料;以Ti-Al-B、Ti-Al-C体系微波热爆法制备了TiB2和TiC颗粒增强TiAl基复合材料。此时,发现起爆温度明显降低,反应活化能显著减小,反应速率显著提高,增强体细化、分布改善,能耗降低、环境友好。主要结论如下:.1.Al-Cu-Ti-C和Al-Cu-Ti-B系微波加热和传统加热均对应一个热效应峰。Al先和Ti反应生成中间产物TiAl3,随后C原子和B原子将TiAl3中的Al置换出来形成TiC和TiB2。微波加热时两体系的反应活化能分别为41.4kJ/mol和33.8kJ/mol;传统加热时则分别为270.0kJ/mol和113.8kJ/mol。.2.传统加热时,TiB2/TiAl的反应分两阶段:1)Al和B生成少量AlB2;Ti和Al生成TiAl3放热剧烈;AlB2在高温下分解,与Ti分别生成TiAl3和TiB2。2)TiAl3逐渐转变为Ti3Al和TiAl两相。对应的反应活化能分别为723.80kJ/mol和310.05kJ/mol。TiC/TiAl系的反应同样分两阶段:1)Ti和Al生成TiAl3;2)TiAl3转变为Ti3Al和TiAl及增强相TiC的生成。对应的反应活化能分别为435.61kJ/mol和466.30kJ/mol。微波热爆时两步反应合并进行,TiB2/TiAl(5vol.%, 2h)和TiC/TiAl(5vol.%, 2h)的反应活化能分别降为43.21kJ/mol和26.97kJ/mol。.3.传统加热时,Al-Cu-Ti-C、Al-Cu-Ti-B体系的增强体易于偏聚,微波加热时,增强体颗粒尺寸细小、分布相对均匀,反应更加充分。微波热爆合成10vol%TiC/Al-Cu、10vol%TiB2/Al-Cu热压后抗拉强度分别为367.0MPa和329.1MPa,较传统加热分别提高14.6%和30.1%。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2022.10.026
发表时间:2022
2

农超对接模式中利益分配问题研究

农超对接模式中利益分配问题研究

DOI:10.16517/j.cnki.cn12-1034/f.2015.03.030
发表时间:2015
3

低轨卫星通信信道分配策略

低轨卫星通信信道分配策略

DOI:10.12068/j.issn.1005-3026.2019.06.009
发表时间:2019
4

基于细粒度词表示的命名实体识别研究

基于细粒度词表示的命名实体识别研究

DOI:10.3969/j.issn.1003-0077.2018.11.009
发表时间:2018
5

惯性约束聚变内爆中基于多块结构网格的高效辐射扩散并行算法

惯性约束聚变内爆中基于多块结构网格的高效辐射扩散并行算法

DOI:10.19596/j.cnki.1001-246x.8419
发表时间:2022

朱和国的其他基金

相似国自然基金

1

氧化铝纳米颗粒增强铁基复合材料的铝热反应合成及其机制

批准号:51072011
批准年份:2010
负责人:席文君
学科分类:E0205
资助金额:40.00
项目类别:面上项目
2

自生内晶颗粒构筑铝基复合材料分级结构及其增强机制研究

批准号:51371098
批准年份:2013
负责人:朱和国
学科分类:E0105
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
3

钢材热浸铝与浸扩铝层组织演变及优化研究

批准号:50071066
批准年份:2000
负责人:夏原
学科分类:E0103
资助金额:18.00
项目类别:面上项目
4

纳米粉自蔓延内生颗粒增强铸造镁基复合材料的形成机制

批准号:50171029
批准年份:2001
负责人:姜启川
学科分类:E0104
资助金额:20.00
项目类别:面上项目