脈沖磁場下合成A356基復合材料的微結構與性能.pdf

1、本文以A356—Zr(CO3)2、A356—(K2ZrF6+KBF4)為熔體原位反應體系，在脈沖磁場下成功制備了內生(Al2O3+Al3Zr)p/A356和(ZrB2+Al3Zr)p/A356復合材料。利用光學顯微鏡(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，研究了所制備復合材料的微觀組織、內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；研究了復合材料的力學性能，并分析了它們

2、的內在本質和機制。 實驗結果表明，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的進程，增加了內生顆粒的形核率，細化了晶粒，優(yōu)化了復合材料的微觀組織，提高了復合材料的綜合性能，且反應過程平

3、穩(wěn)，無需機械攪拌，有利于復合材料在工業(yè)上的生產應用。脈沖磁場對于原位化學反應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。 復合材料的SEM分析表明：所制備的內生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，內生顆粒與基體界面結合良好。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)，變質共晶硅。對于A356—(K2ZrF6+KBF4)體系所制備的復合材料，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。 復合材料力學性能測試結果表明：脈沖磁場下(Al3Zr+Al2O3)p/A356復合材料和(Al3Zr+ZrB2)p/A356復合材料的抗拉強度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復合材料，當磁場強度為0.07T時，復合材料的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，特別的是當時間為20min時，(Al3Zr+Al2O3)p/A356復合材料的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