原位多元顆粒增強Al-Si-Fe-O系復合材料的制備研究.pdf

1、本文以Al-10Si為基體，SiO2粉末和還原Fe粉為反應物，通過半固態(tài)機械攪拌法及高能超聲作用，結(jié)合多種中間合金復合變質(zhì)處理，成功制備出Al-Si-Fe-O系原位多元顆粒增強復合材料。分別對SiO2/Al-10Si和Fe/Al-10Si反應體系的制備工藝和機理進行了研究，并將兩者耦合成(SiO2+Fe)/Al-10Si反應體系，制備出Al2O3、α-富鐵相和初生Si相的多元顆粒增強復合材料。利用X射線衍射儀(XRD)、金相顯微鏡(OM

2、)、掃描電子顯微鏡(SEM)和能譜儀(EDS)，分析了復合材料的相組成、凝固組織和原位顆粒的大小、形貌、分布等特征。分別測試了基體材料、單一和多元顆粒增強復合材料的室溫拉伸和高溫摩擦磨損性能，并對作用機理進行了分析。
　　復合材料制備研究表明，對基體合金進行Mg元素活化處理，在其半固態(tài)溫度區(qū)間通過機械攪拌的方法可以將酸洗后的SiO2粉末順利加入熔體，并且顆粒表層發(fā)生初始界面反應。在轉(zhuǎn)速700r/min、攪拌10min時，可獲得Si

3、O2顆粒均勻分布、內(nèi)部氣孔較少的微觀組織。在840℃時向熔體中加入還原Fe粉，通過Mn、Sr和Y的中間合金進行復合變質(zhì)，可以使富鐵相呈花朵狀，并使針狀共晶Si球化。在880℃時對熔體進行高能超聲處理，在超聲功率1.0KW/cm2、作用3min時，熔體中SiO2顆粒反應完全，氣孔明顯減少。在Cu-14P的變質(zhì)作用下，保溫10min，初生Si鈍化圓整，各反應物完成反應，制得復合材料。
　　室溫拉伸性能試驗表明，制得的Al-Si-Fe-

4、O系多元顆粒增強復合材料的抗拉強度最高，為270MPa，延伸率為2.6％，與基體合金相比，分別提高了42.8％和53.8％; Al-Si-O系和Al-Si-Fe系顆粒增強復合材料的抗拉強度σb分別為225MPa與205MPa，比基體合金分別提高19.1％和8.5％。拉伸斷口形貌分析表明，Al-Si-Fe-O系多元增強顆粒復合材料的強化機制為彌散和位錯效應的耦合強化。
　　高溫摩擦磨損試驗表明，在300℃、載荷為6N的活塞工況條件下