摘要：在汽车轻量化进程中，A356 铝合金的性能提升至关重要。本文聚焦于 TiB₂颗粒增强 A356 复合材料，详细阐述其制备过程、微观组织特征以及力学性能表现。通过超声辅助熔盐反应和重熔稀释法制备复合材料，运用多种分析手段深入探究，为高性能铝基复合材料的研发提供了

【全文导读】

在汽车轻量化进程中，A356 铝合金的性能提升至关重要。本文聚焦于 TiB₂颗粒增强 A356 复合材料，详细阐述其制备过程、微观组织特征以及力学性能表现。通过超声辅助熔盐反应和重熔稀释法制备复合材料，运用多种分析手段深入探究，为高性能铝基复合材料的研发提供了有价值的参考。

A356铝合金具有质量轻、强度高、成形性好等特点，在汽车领域应用广泛。但A356铝合金的强度、硬度、耐磨性等较差，为适应汽车轻量化发展趋势，同时满足汽车安全性能，研究高强高韧铝基复合材料具有积极意义。

TiB2颗粒具有硬度高、熔点高（2 980 ℃）、抗氧化（1 000 ℃）、耐热耐蚀等特点。经错配度计算得出，TiB2与Al基体间晶格错配度较低，二者界面间存在半共格关系，这表明TiB2可以稳定存在于Al基体中，并且在材料凝固过程中，TiB2可以作为Al熔体异质形核的核心，细化晶粒，同时在晶粒内部形成位错环，增加位错运动阻力，提高基体强度的同时提高材料塑韧性。因此，TiB2颗粒作为铝基复合材料的增强体获得广泛关注。

CHEN Z Y等、TEE K L等对TiB2颗粒的制备工艺进行探索，但工艺反应体系温度较高，生产成本高，且存在TiB2颗粒尺寸较大或生成大尺寸副产物的缺点，影响材料力学性能。熔盐反应法能够在铝熔体内原位合成增强颗粒。WANG M L等、KUMAR S等和LIU Z W等利用此法将硼盐（KBF4）、钛盐（K2TiF6）混合粉末加入到800～850 ℃的Al熔体内并在机械搅拌作用下制得TiB2增强铝基复合材料。然而，该方法存在反应温度不足800 ℃时TiB2颗粒产率较低、颗粒偏聚、杂质盐残留及元素烧损等问题。LIU J等采用熔盐法制备TiB2/Al作为中间合金，进而将其重熔稀释制备TiB2增强不同基体的复合材料。重熔稀释法能够降低复合材料制备温度，减少元素烧损，同时降低材料中混合盐反应的产物夹杂。

研究表明，小尺寸TiB2颗粒对晶界的钉扎作用更加明显，有利于材料强度的提高 。ESTRUGA M等 、韩延峰等和LIU Z W等采用超声辅助混合盐原位铸造工艺制得平均尺寸达到微纳米尺度的TiB2颗粒，并证实超声产生的空化、声流效应在液体中可严重影响化学反应进程，使TiB2颗粒迅速脱离界面反应区域，减小TiB2颗粒尺寸，同时能够提高TiB2颗粒在熔体内分散的均匀性，改善材料性能。

【研究亮点】

运用超声辅助熔盐反应法制备高颗粒产率的 Al - 10TiB₂中间合金。

采用超声辅助重熔稀释法成功制备组织均匀且高强度的 5% TiB₂/A356 复合材料。

深入揭示 TiB₂颗粒对复合材料微观组织和力学性能的影响机制。

【来源解析】

西安交通大学&长春长光宇航复合材料有限公司、中国船舶集团公司第十二研究所等研究团队在2024年第44卷第10期《特种铸造及有色合金》期刊上发表了题为“TiB2颗粒增强A356复合材料的组织及力学性能研究”的文章，作者采用超声辅助熔盐反应法制备Al-10TiB2中间合金，以此为母材通过超声辅助重熔稀释法制备出组织均匀且具有较高强度的5%TiB2/A356复合材料，并对其微观组织和力学性能进行研究。结果表明，复合材料组织均匀且无杂质盐残留。加入5%的TiB2颗粒能够细化晶粒，α-Al平均晶粒尺寸从250 μm细化为190 μm，降低了24%。铸态复合材料的屈服强度和抗拉强度分别为124 MPa和175 MPa，相比于A356基体提高了12.7%和6.1%。热处理态复合材料的屈服强度和抗拉强度分别为250 MPa和290 MPa，相比于A356基体提高了19.0%和13.7%。

【研究方法】

原料准备：以工业纯 Al、纯 Si、纯 Mg、KBF₄和 K₂TiF₆为原料，分别制备中间合金、基体合金及复合材料。中间合金制备：在电阻炉中熔化纯铝，加入混合盐反应，生成 TiB₂颗粒和杂质盐，通过搅拌、超声处理及扒渣后浇注得到 Al - 10TiB₂中间合金。复合材料制备：以中间合金为母材，在高频感应炉中依次加入纯 Al、纯 Si、纯 Mg 和中间合金，经保温、超声处理、扒渣后浇注，制备 5% TiB₂/A356 复合材料，同时制备 A356 合金对照试样，并对部分试样进行 T6 热处理。

分析测试：物相鉴定：采用 X 射线衍射仪（XRD）。微观组织及成分分析：运用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）及能谱仪（EDS）。微纳尺度表征：使用场发射扫描电镜。粒径统计：借助 Zeta 电位及纳米粒度仪。晶粒形貌观察：利用偏光显微镜。力学性能测试：通过万能拉伸试验机进行室温拉伸试验。

【图文内容】

图1Al-TiB2中间合金XRD图谱、BSE照片及EDS分析

图2Al-TiB2中间合金深腐蚀SEM照片

图3TiB2颗粒XRD图谱

图4TiB2颗粒尺寸统计结果

图5试样XRD衍射图谱

图6TiB2/A356复合材料BSE照片及EDS分析

图70号试样和1号试样深腐蚀SEM照片

图8铸态和热处理态试样的光学组织照片

图9T6态试样的偏光显微组织照片

图10拉伸试样应力-应变曲线及力学性能

图11试样拉伸断口形貌图

【主要结论】

1. 超声辅助熔盐法制备的 Al - 10TiB₂中间合金，TiB₂颗粒产率达 94.8%，平均尺寸 100nm。

2. 超声辅助重熔稀释法制备的 TiB₂/A356 复合材料组织均匀，TiB₂阻碍 α - Al 晶粒和共晶 Si 长大，细化晶粒和共晶 Si。

3. 铸态复合材料屈服强度、抗拉强度提升，伸长率下降；热处理态强度进一步提升，伸长率仍下降，TiB₂颗粒对 A356 基体有强化效果，但导致塑韧性降低。

【本文引用格式】

中文：李亚龙, 刘志伟, 董志武, 等.TiB2颗粒增强A356复合材料的组织及力学性能研究[J].特种铸造及有色合金，2024，44（10）：1326-1332.

英文：LI Y l, LIU Z w, DONG Z w, et al.Microstructure and mechanical properties of TiB2 particle reinforced A356 composites[J].Special Casting & Nonferrous Alloys，2024，44（10）：1326-1332.

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编辑/排版：江姗

校对：刘晨辉

审核：张正贺

来源：特铸杂志