SPS燒結(jié)制備Al-Si-Ti3SiC2復(fù)合材料的組織及性能研究.pdf

1、Al-Si合金由于其良好的鑄造性能，以及較高的耐腐蝕性能，被廣泛的應(yīng)用于軸套、活塞、發(fā)動(dòng)機(jī)及剎車塊等要求耐磨的零部件。隨著工業(yè)技術(shù)發(fā)展，傳統(tǒng)的鋁硅合金在性能上越來(lái)越跟不上工業(yè)發(fā)展的腳步。日本早在上個(gè)世紀(jì)70年代末就開(kāi)始研制氧化鋁短纖維局部增強(qiáng)鋁活塞，用以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的普通鋁活塞。其后有更多研究人員不斷探索在鋁硅合金添加Al2O3、硅酸鋁、硼酸鋁、石墨等來(lái)制備高性能耐磨材料。相比于這些常見(jiàn)的外加增強(qiáng)體，新型三元層狀陶瓷MAX類材料不但具有高硬

2、度，高導(dǎo)熱率，良好的導(dǎo)電性能，同時(shí)還具有較好的自潤(rùn)滑性能。因此研究制備MAX/Al-Si復(fù)合材料不但能豐富鋁基活塞材料種類，而且對(duì)推動(dòng)MAX類材料應(yīng)用化研究具有重要的借鑒作用。本文采用SPS（放電等離子燒結(jié)）法制備Ti3SiC2/Al-Si復(fù)合材料。通過(guò)金相和SEM組織觀察分析復(fù)合材料的組織特征，利用X射線及能譜等測(cè)試手段分析反應(yīng)產(chǎn)物。研究燒結(jié)工藝（燒結(jié)溫度、燒結(jié)時(shí)間、燒結(jié)壓力），Si元素含量以及外加相Ti3SiC2的含量對(duì)復(fù)合材料組織

3、及性能的影響。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步探究了保溫參數(shù)對(duì)不同 Si元素含量的10%Ti3SiC2/Al-Si復(fù)合材料界面反應(yīng)產(chǎn)物種類及組織形貌的影響。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴燒結(jié)溫度和壓力對(duì)Al-10Si/10%Ti3SiC2復(fù)合材料的性能影響較大，燒結(jié)時(shí)間對(duì)材料性能的影響不明顯。溫度和壓力越高復(fù)合材料的致密度和硬度越高。較優(yōu)的制備工藝為燒結(jié)溫度525℃，壓力40 MPa，燒結(jié)時(shí)間為10 min。在525℃快速燒結(jié)下Ti3SiC2和基體

4、結(jié)合緊密，且Ti3SiC2與基體的界面處未發(fā)生擴(kuò)散反應(yīng)。⑵硅含量的變化對(duì)添加了10 Wt.%Ti3SiC2的Al-Si合金組織和性能的影響顯著。隨著硅含量的增加，復(fù)合材料的晶粒尺寸減小，致密度變化不大，材料的硬度得以大幅提高。Si的添加顯著降低了復(fù)合材料的磨損量，同時(shí)材料的摩擦系數(shù)也所下降，其中Al-20Si/10%Ti3SiC2具有較好的綜合性能。⑶在500℃-700℃范圍內(nèi)，添加了10 Wt.%Ti3SiC2的Al-Si合金中，硅含

5、量的變化會(huì)影響Ti3SiC2的形貌。Al-4Si/10%Ti3SiC2，Al-10Si/10%Ti3SiC2中原來(lái)均勻分布的顆粒狀Ti3SiC2生長(zhǎng)成板條狀組織，并且當(dāng)保溫溫度升高到600℃, Ti3SiC2和鋁基體的界面處會(huì)發(fā)生反應(yīng)生成Al4C3和TiC。Al-20Si/10%Ti3SiC2復(fù)合材料隨著保溫溫度升高Ti3SiC2不會(huì)發(fā)生板條狀生長(zhǎng)，并且在保溫溫度為500℃時(shí)基體中就有Al4C3和TiC生成。⑷在Al-10Si/Ti3S