为了实现特种车辆装备中大型复杂结构件的高性能、轻量化、低成本，开发新型高比强度、比刚度和良好耐磨性的结构件材料是其关键技术之一。本文的目的是采用质量轻、能耗小、散热好、耐腐蚀、易加工的铝合金，“以铝代钢”制备特种车辆用复杂薄壁零件。　　目前，已开发的铝合金虽然能够满足复杂薄壁零件的铸造成型，但难以达到其力学性能和耐磨性要求；通常的铝基复合材料虽然能够满足复杂薄壁零件的性能要求，却难以实现其铸造成型。因此，解决铝基复合材料的成型技术难题，获得高强度、良好耐磨性的复合材料复杂薄壁铸件，对实现车辆的轻量化具有重要意义。　　论文针对目前传统混合氟盐反应法存在的问题，提出采用电渣熔炼工艺原位合成TiB2增强铝基复合材料，并对其铸造成型性进行了研究。研究内容包括：复合材料的电渣熔炼制备工艺及电渣熔炼在氟盐反应过程中的作用；原位自生TiB2颗粒的团聚及沉降行为；原位合成复合材料的显微组织及强化机制；复合材料挤压铸造成型技术。论文在TiB2增强铝基复合材料制备新方法、TiB2颗粒有效分散剂的新开发和复合材料复杂薄壁零件铸造成型技术三个方面取得了一些创新性的成果，主要结论如下：　　1.氟盐反应进程受控于Al熔体对混合氟盐的吸收以及TiAl3、AlB2向TiB2的转化。利用电渣熔炼工艺中Al熔体与熔渣接触面积大大增加，Al自耗电极端部的集中高温区以及熔渣被强烈搅拌，加快了Al熔体对氟盐中Ti、B元素的吸收进程，并促使TiAl3、AlB2表层发生熔解、扩散，加速TiAl3、AlB2向TiB2的转化进程。　　2.研究了电渣熔炼电流对Al熔体与氟盐反应过程的影响。表明，电流较低时，渣池温度较低，Al熔体与混合氟盐未能充分反应；电流过高导致Al自耗电极熔化速率急剧增加，部分Al熔体来不及与混合氟盐反应。在本文试验条件下，600A的熔炼电流能使氟盐中的Ti、B元素被Al熔体充分吸收，并且TiAl3、AlB2有效转化为TiB2，制备周期由传统的60min以上降至15min左右；同时，Al熔体中的夹渣被熔渣充分吸附而自动迁移到渣池中，制备的TiB2/Al复合材料的屈服强度和伸长率分别比传统混合氟盐反应法制备的复合材料提高了20％和22%。　　3. TiB2颗粒分散及沉降试验研究表明，CeO2添加剂可显著改善TiB2颗粒在Al基体中的分布。随着CeO2含量的增加，TiB2颗粒的分散性先提高而后降低，当含量为0.5wt%时，有效抑制了TiB2颗粒的团聚和沉降，并且在重熔状态下颗粒仍可保持良好的分散状态。微观分析表明，由CeO2所生成的Ce元素被吸附于TiB2颗粒表面，降低了颗粒与基体间的界面能，改善了Al熔体对TiB2颗粒的润湿性，揭示了改善金属熔体/增强颗粒的界面能是抑制颗粒团聚和沉降的关键。　　4.选用2014硬铝合金作为基体原位合成了TiB2/2014复合材料。研究发现，原位自生TiB2颗粒尺寸细小，在30nm～2μm之间，在凝固过程中，尺寸较小的颗粒(<50nm)能够满足V>Vcr的条件，被S/L界面吞噬而均匀分布在?-Al基体中，而尺寸较大的颗粒被S/L界面推移，孤立地存在于晶界附近；TiB2颗粒的主要形态为多边形或近球形，且与基体合金界面结合良好，不存在反应及残留物质；在尺寸小于100nm的TiB2颗粒周围能观察到明显的应变场衬度，而大于100nm的颗粒周围存在少量位错。　　5.相比2014基体铝合金，5vol%TiB2/2014复合材料铸态力学性能有显著提高，伸长率略有降低，其硬度、抗拉强度、屈服强度分别为113HV5、287MPa、168MPa，分别比基体合金提高了59%、33%、35%。　　6.通过对TiB2/2014复合材料挤压铸造成型性的研究表明，原位自生TiB2颗粒的引入使复合材料相比基体合金表现出较差的挤压铸造成型性。相比2014基体铝合金，复合材料较早的开始和完成凝固是影响复合材料挤压铸造成型性的主要因素；提高浇注温度、模具温度，缩短开始加压时间，有利于复合材料的挤压铸造成型。在本文试验条件下，2014基体铝合金适合的浇注温度、模具温度和压力分别为710～730℃、200℃和90MPa，而复合材料需要提高到770～780℃、250℃和120MPa。实验表明，按照熔体从浇注温度冷却到液相线温度的时间间隔与开始加压时间相等的方法，设计原位合成复合材料挤压铸造工艺参数是可行的。　　7.随着挤压压力的增加，TiB2/2014复合材料显微组织逐渐细化，偏析减小、致密度提高、颗粒分散性得到明显改善。当压力为120MPa时，复合材料显微组织明显细化，TiB2颗粒均匀分布在基体中。　　8.原位自生TiB2颗粒的引入未改变基体合金的时效规律，但抑制了沉淀相的析出。原位自生TiB2颗粒抑制了GP区的形成，提高了?″和?′相的热扩散激活能，使?″和?′相析出困难；由于增强颗粒引入了大量界面和一定量的位错，仍使复合材料较基体合金提前达到峰值时效状态，但与基体合金相比，其时效强化作用不显著。　　9.随着挤压压力的增加，TiB2/2014复合材料的力学性能逐渐提高，120MPa时力学性能较好，其在 T6热处理状态下的抗拉强度、伸长率和硬度分别比重力铸造复合材料提高了21%、200%和7.5%。　　10.当压力高于30MPa时，随着挤压压力的增加，TiB2/2014复合材料的磨损率逐渐减少，120MPa时耐磨性较好；挤压铸造复合材料的磨损率明显低于挤压铸造基体铝合金，而且在高载荷下挤压铸造复合材料表现出更明显的耐磨性优势。挤压铸造复合材料耐磨性的提高不仅与基体合金硬度的提高和铸造缺陷的减少有关，而且颗粒分散性的改善也起到重要作用。　　基于以上研究，采用挤压铸造工艺成功制备了高强度、良好耐磨性的原位合成复合材料复杂薄壁模型零件。在技术上实现了复合材料复杂薄壁零件的铸造成型。