氩弧熔化制备TiC颗粒增强铝基复合材料研究的任务书.docx

氩弧熔化制备TiC颗粒增强铝基复合材料研究的任务书
任务书
一、课题背景及研究意义
在现代先进制造技术中，金属基复合材料因其高强度、高刚度、高温稳定性等优良性能而备受关注。钛碳化物（TiC）作为一种具有高硬度、高熔点和良好的化学稳定性的陶瓷材料，已被广泛应用于金属基复合材料的增强剂中。而铝基复合材料作为一种重要的结构材料，其重量轻、强度高的特点使其在航空制造、汽车制造等领域得到了广泛应用。
氩弧熔化制备TiC颗粒增强铝基复合材料是目前制备铝基复合材料的一种重要方法。该方法主要包括熔化、混合、凝固和热处理等过程，通过控制氩弧熔化过程中的工艺参数和制备条件，可以获得不同形态和尺寸的TiC颗粒，进而影响铝基复合材料的力学性能和微观组织结构。因此，开展氩弧熔化制备TiC颗粒增强铝基复合材料的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、研究内容及目标
本课题旨在通过氩弧熔化制备TiC颗粒增强铝基复合材料的方法，系统地研究制备过程中各项工艺参数对复合材料微观组织结构和力学性能的影响，明确其制备机理和优化制备条件，进一步推动该类铝基复合材料的应用。
具体研究内容：
1.通过氩弧熔化制备不同尺寸和形状的TiC颗粒；
2.混合不同比例的TiC颗粒和铝粉，制备出TiC颗粒增强铝基复合材料；
3.研究氩弧熔化工艺参数对TiC颗粒分布、复合材料微观组织结构和力学性能的影响；
4.探究热处理对复合材料组织结构和力学性能的影响；
5.建立TiC颗粒增强铝基复合材料的微观组织结构-力学性能的关系，并确定最优制备条件。
研究目标：
1.制备出具有一定尺寸和形状的TiC颗粒；
2.获得TiC颗粒增强铝基复合材料，并探究不同比例的TiC颗粒对复合材料性能的影响；
3.通过优化氩弧熔化制备条件，使复合材料具有较好的力学性能；
4.建立复合材料的微观组织结构-力学性能的关系，为其应用提供理论基础。
三、研究方法及技术路线
本课题将采用氩弧熔化制备TiC颗粒增强铝基复合材料的方法，主要研究内容包括：氩弧熔化工艺的优化、TiC颗粒的制备及表征、复合材料的制备与表征、复合材料力学性能测试和热处理工艺研究等。具体技术路线如下：
1.预处理铝粉和TiC粉末，以铝粉为基础，在不同比例的TiC颗粒中加入不同量的增强剂。
2.利用氩气为惰性气体进行氩弧熔化。在气雾区形成的镍基合金的表面形成一层液态金属夹杂物层在该夹层与放电爆发间的接壤部分形成高温的小范围融合区。当电弧穿过融合区时，液态金属的湍流和剧烈扰动将颗粒推入融合区。TiC颗粒在液态铝中部分溶解，形成TiAl3相，同时也可以通过Kirkendall效应形成TiC颗粒。经过多次熔化和冷却，即可制备得到TiC颗粒增强铝基复合材料。
3.对复合材料进行微观结构表征，包括XRD、SEM和TEM等技术手段对材料的晶体结构、表面形貌和界面结合情况进行表征。
4.测试并确定复合材料的力学性能，包括拉伸强度、弯曲强度、压缩强度、断裂韧度等方面的性能，以探究TiC颗粒对铝基复合材料力学性能的影响。
5.开展热处理试验，探究热处理对复合材料性能的影响。
四、进度安排及预期成果
本课题的预期成果包括：
1.制备出不同形状和尺寸的TiC颗粒，并探究制备过程中工艺参数对颗粒形貌和尺寸的影响。
2.获得TiC颗粒增强铝基复合材料，并确定不同比例下的复合材料的力学性能。
3.建立TiC颗粒增强铝基复合材料的微观组织结构-力学性能的关系，并确定最优制备条件。
进度安排：
第一年：
1.根据氩弧熔化工艺的不同条件，制备出不同形状和尺寸的TiC颗粒，并对颗粒进行表征。
2.优化氩弧熔化工艺参数，制备出TiC颗粒增强的铝基复合材料。
3.对复合材料进行初步力学性能测试，并分析TiC颗粒对复合材料力学性能的影响。
第二年：
1.继续优化氩弧熔化工艺参数，制备出较为理想的TiC颗粒增强铝基复合材料。
2.对制备的复合材料进行精细表征和力学性能测试，获得更为详细的微观组织结构和力学性能数据。
3.开展热处理试验，探究热处理对复合材料性能的影响。
第三年：
1.分析TiC颗粒增强铝基复合材料的微观组织结构-力学性能的关系，确定最优制备条件。
2.进行综合评价和展望，提出下一步研究方向。
预期成果：
1.发表3-5篇SCI论文，其中至少1篇为一区论文；
2.取得一项或多项授权专利；
3.确定TiC颗粒增强铝基复合材料的制备机理和最优制备条件，为其在航空、汽车制造等领域的应用提供理论基础。