聲磁物理場下熔體反應(yīng)合成(Al2O3+ZrB2)-A356納米復(fù)合材料的研究.pdf

1、隨著高新技術(shù)的發(fā)展,產(chǎn)品對材料的性能追求愈來愈高,這使得新材料的開發(fā)和材料的優(yōu)化改良成為材料研究領(lǐng)域的重要課題。原位納米顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在原位顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的研究基礎(chǔ)上發(fā)展而來,由于具有優(yōu)良的物理、機(jī)械性能而備受關(guān)注。如何選擇和優(yōu)化原位反應(yīng)體系,控制增強(qiáng)相顆粒在基體中的體積分?jǐn)?shù)、尺寸、形貌和分布狀況對促進(jìn)鋁基納米復(fù)合材料的發(fā)展至關(guān)重要。
　　 本文開發(fā)了鋁基納米復(fù)合材料制備新體系A(chǔ)356-K2ZrF6-KBF4-Na2

2、B4O7,采用熔體反應(yīng)合成法,優(yōu)化反應(yīng)組分,成功制備了含有兩種納米尺寸的ZrB2和Al2O3顆粒增強(qiáng)的A356基復(fù)合材料;利用DSC、XRD、OM、SEM、TEM等分析測試手段及ImageJ分析軟件,研究了復(fù)合材料的相組成、增強(qiáng)相實(shí)際體積分?jǐn)?shù)、凝固組織、內(nèi)生顆粒的特征等;此外研究了聲磁物理場對A356-K2ZrF6-KBF4-Na2B4O7體系反應(yīng)過程及合成的復(fù)合材料的影響;并通過復(fù)合材料的室溫拉伸試驗(yàn),分析了復(fù)合材料的斷裂機(jī)理。

3、>　　 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)A356-K2ZrF6-KBF4-Na2B4O7粉末組分摩爾比為3∶2.5∶1,初始反應(yīng)溫度為850℃,反應(yīng)時(shí)間為30min,制備了顆粒體積分?jǐn)?shù)分別為4.3%、6.8%和8.7%的A356基復(fù)合材料,反應(yīng)收得率分別為86.0%、68.0%和58.0%。經(jīng)XRD、SEM及TEM確定復(fù)合材料中包含兩種顆粒增強(qiáng)相:Al2O3和ZrB2顆粒,其中通過TEM及高分辨像發(fā)現(xiàn),Al2O3具有兩種不同形貌,分別為長方體狀和橢球

4、狀,且它們尺寸相當(dāng),0.1μm左右,分散均勻;而ZrB2單個(gè)顆粒形貌呈六邊形,且尺寸達(dá)到0.1μm左右,但容易發(fā)生團(tuán)聚,并分布在a-Al晶界處。復(fù)合材料中顆粒的存在,使基體A356的初生a-Al的發(fā)達(dá)枝晶組織發(fā)生細(xì)化,變成薔薇狀,且粗大的針狀共晶硅相從100μm細(xì)化至10～20μm。
　　 A356-K2ZrF6-kBF4-Na2B4O7體系反應(yīng)過程中,分別施加超聲、磁場及聲磁復(fù)合場制備(Al2O3+ZrB2)/A356復(fù)合材料

5、的結(jié)果表明:1、單一超聲場作用下,復(fù)合材料中內(nèi)生顆粒體積分?jǐn)?shù)增大,顆粒分散度得到改善。超聲功率為1.0kW,超聲間歇作用總時(shí)間達(dá)到3min時(shí),復(fù)合材料的微觀組織達(dá)到最佳狀態(tài),顆粒體積分?jǐn)?shù)從8.7%增加到10.2%,反應(yīng)效率提高了10.0%。2、單一磁場作用下,復(fù)合材料中顆粒的分散效果雖未有超聲作用時(shí)明顯,但顆粒體積分?jǐn)?shù)顯著提高,當(dāng)磁場強(qiáng)度≥0.10T時(shí)可達(dá)11.0%,較8.7%提高了26.4%。3、取單獨(dú)施加時(shí)最佳的超聲作用參數(shù)和磁場作

6、用參數(shù),復(fù)合作用于A356-K2ZrF6-KBF4-Na2B4O7體系中,制備的復(fù)合材料顆粒體積分?jǐn)?shù)達(dá)12.1%,反應(yīng)收得率達(dá)到80.7%,ZrB2顆粒尺寸約50nm,從團(tuán)聚體上剝落,分散效果顯著提高。此外,A356基體組織在物理場作用下也得到了明顯改善,特別是聲磁復(fù)合場作用下,初生a-Al晶粒細(xì)小,晶界明顯增多,共晶硅從10～20μm的針狀減小到2～5μm的顆粒狀。
　　 復(fù)合材料的室溫拉伸性能表明,聲磁復(fù)合場(超聲作用參數(shù):

7、1.0kW/3min,磁場作用參數(shù):0.10T/間歇作用始終)作用下合成的(Al2O3+ZrB2)/A356納米復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度σb和伸長率δ高達(dá)302MPa和9.1%,較單一場最優(yōu)性能分別提高14.8%和48.5%,較未施加物理場時(shí)復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度提高了34.2%,且伸長率是未施加物理場時(shí)的2.1倍;復(fù)合材料拉伸斷口形貌中基本不存在脆性平坦區(qū),韌窩多而小,形貌均勻,呈現(xiàn)了明顯的韌窩型斷裂特征;復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)制主要有細(xì)晶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)