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本文采用Al-Ti体系熔体原位反应法制备了Al3Ti颗粒增强铝基复合材料。通过吉布斯自由能计算,对Al-Ti体系的反应热力学进行了分析；利用OM、SEM、XRD、EDS等分析手段分析了所制备复合材料的凝固组织。研究了制备工艺因数(如反应温度、浇注温度和稀土元素Ce等)对Al3Ti／Al复合材料显微组织的影响；观察了高能超声作用下原位合成Al3Ti／Al、Al3Ti／A356复合材料的显微组织和分析了超声的作用机制；采用稀土元素Ce对A356基体进行合金化,并对A356基体及其复合材料进行T6热处理；测试了复合材料的力学性能,分析了强化机制。
热力学计算结果表明,本文中Al-Ti体系的最终产物是Al3Ti。通过优化制备工艺因数发现制备Al3Ti／Al复合材料的最佳工艺为:在900℃时,先加入占熔体0.3 wt.％的稀土元素Ce,再加入Ti占熔体1wt.％的钛剂,搅拌充分后保温15min,然后900℃直接浇注制备Al3Ti／Al复合材料,Al3Ti呈短棒状和小块状,长度在10μm左右且在基体上分布比较均匀。在强度为1.2KW的超声作用下原位生成的Al3Ti／Al复合材料中,得到最佳作用时间为5min左右,增强相Al3Ti呈短棒状,长度在10μm以下。在相同超声强度和作用时间制备的Al3Ti／A356复合材料中,Al3Ti呈小块状,尺寸也在10μm以下。超声对熔体反应法制备Al3Ti颗粒增强铝基复合材料的作用机制主要是超声波的声空化效应和声流作用的综合作用,使得Al3Ti颗粒变得细小。对A356基体和Al3Ti／A356复合材料进行T6工艺热处理,铸态组织中粗大的针片状共晶Si变成了球粒状,但是Al3Ti的尺寸和形貌基本没有发生变化。
力学性能测试结果表明:复合材料的抗拉强度较基体有显著的提高。其中,同时加入稀土元素Ce和超声作用下Al3Ti／Al复合材料的抗拉强度为120MPa,较纯铝基体的90MPa提高了33.3％；伸长率仅为12.5％,较纯铝基体的15.0％下降了16.7％。Al3Ti／A356复合材料的抗拉强度为223MPa,较基体A356的1-3MPa提高了28.9％；伸长率为3.8％,较基体的4.0％下降了5％。T6态下的抗拉强度和伸长率分别为298.5 MPa和6.5％,相比铸态下有很大提高。