脈沖磁場下合成A356基復(fù)合材料的微結(jié)構(gòu)與性能.pdf

1、本文以A356—Zr(CO3)2、A356—(K2ZrF6+KBF4)為熔體原位反應(yīng)體系，在脈沖磁場下成功制備了內(nèi)生(Al2O3+Al3Zr)p/A356和(ZrB2+Al3Zr)p/A356復(fù)合材料。利用光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)、電子探針(EDS)及電子式萬能試驗機等分析和測試手段，研究了所制備復(fù)合材料的微觀組織、內(nèi)生增強顆粒在基體中的形貌、尺寸、分布特征，分析了脈沖磁場的作用機理；研究了復(fù)合材料的力學(xué)性能，并分析了它們

2、的內(nèi)在本質(zhì)和機制。 實驗結(jié)果表明，對基體A356合金，最佳的強韌化元素加入量為0.02％Sr、0.2％Al-5Ti-1B和0.3％RE。在脈沖磁場下A356—Zr(CO3)2和A356—(K2ZrF6+KBF4)體系原位反應(yīng)生成的增強顆粒分別為Al2O3+Al3Zr和Al3Zr+ZrB2。脈沖磁場的引入，加速了熔體原位反應(yīng)的進程，增加了內(nèi)生顆粒的形核率，細化了晶粒，優(yōu)化了復(fù)合材料的微觀組織，提高了復(fù)合材料的綜合性能，且反應(yīng)過程平

3、穩(wěn)，無需機械攪拌，有利于復(fù)合材料在工業(yè)上的生產(chǎn)應(yīng)用。脈沖磁場對于原位化學(xué)反應(yīng)的作用機理主要是磁場所帶來的顆粒間的不同受力狀態(tài)和宏觀的熔體震蕩與攪拌力作用。 復(fù)合材料的SEM分析表明：所制備的內(nèi)生Al2O3和Al3Zr增強顆粒在基體中均勻分布，顆粒尺寸細小，小于1μm，大部分在0.5μm左右，內(nèi)生顆粒與基體界面結(jié)合良好。Al3Zr的形貌為橢球狀和球狀，Al2O3的形貌主要是球狀；強韌化元素Sr、Al-5Ti-1B和RE的加入能同時

4、細化基體組織和增強顆粒，顆粒尺寸小于0.3μm，大部在0.1μm左右，同時提高顆粒體積分數(shù)，改善顆粒分布狀態(tài)，變質(zhì)共晶硅。對于A356—(K2ZrF6+KBF4)體系所制備的復(fù)合材料，Al3Zr和ZrB2增強相的顆粒數(shù)目較多，尺寸較細小，小于1μm，周邊鈍圓，在基體中均勻分布。 復(fù)合材料力學(xué)性能測試結(jié)果表明：脈沖磁場下(Al3Zr+Al2O3)p/A356復(fù)合材料和(Al3Zr+ZrB2)p/A356復(fù)合材料的抗拉強度σb和屈服

5、強度σs均隨著脈沖磁場強度的增加而提高。對于(Al3Zr+Al2O3)p/A356復(fù)合材料，當(dāng)磁場強度為0.07T時，復(fù)合材料的σb和σs分別達到了395.12MPa．和338.25MPa，較未施加脈沖磁場分別提高了14.05％和20.94％；對于(Al3Zr+ZrB2)p/4A356復(fù)合材料，σb和σs分別達到了390.55MPa和333.87MPa，較未施加脈沖磁場分別提高了16.14％和19.07％。隨著脈沖磁場作用時間增加σb和

6、σs都先升高后降低，特別的是當(dāng)時間為20min時，(Al3Zr+Al2O3)p/A356復(fù)合材料的σb和σs分別為393.82MPa和331.96MPa，較未施加脈沖磁場分別提高了13.68％和18.69％；(Al3Zr+ZrB2)p/A356復(fù)合材料的σb和σs分別為401.03MPa和336.83MPa，較未施加脈沖磁場分別提高了19.25％和20.13％。強韌化元素Sr、Al-5Ti-1B和RE的加入使(Al3Zr+Al2O3)p