內(nèi)生顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的組織優(yōu)化與力學(xué)性能研究.pdf

1、本文開發(fā)A356-Zr(CO<,3>)<,2>、A356-K<,2>ZrF<,6>及Al-ZrSiO<,4>反應(yīng)體系，采用熔體原位反應(yīng)法成功地制備了(Al<,2>O<,3>+Al<,3>Zr)P/A356、Al<,3>Zr/A356及(Al<,2>O<,3>+Al<,3>Zr)P/Al復(fù)合材料。研究了所制備的復(fù)合材料的相組成、凝固組織及力學(xué)性能；同時(shí)研究了原位鋁基復(fù)合材料凝固組織的優(yōu)化方法，并分析了不同優(yōu)化工藝對原位鋁基復(fù)合材料微觀組織

2、及力學(xué)性能的影響規(guī)律。 X射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM)、電子探針(EPMA)分析表明：A356-Zr(CO<,3>)<,2>體系原位生成的增強(qiáng)顆粒為Al<,2>O<,3>和Al<,3>Zr，顆粒尺寸在3～4μm，且彌散分布于A356基體中；A356-K2ZrF6體系原位生成的增強(qiáng)顆粒為Al<,3>Zr，顆粒大小為5～71am，同時(shí)顆粒與界面結(jié)合良好；Al-ZrSiO<,4>體系原位生成的增強(qiáng)顆粒為Al<,2>O<,3

3、>和Al<,3>Zr，顆粒尺寸在2～41μm，顆粒均勻分布于基體中。 不同凝固組織優(yōu)化工藝對原位鋁基復(fù)合材料凝固組織的影響的研究表明，對Al-ZrSiO<,4>體系原位合成復(fù)合材料熔體施加脈沖磁場，使得原位合成的增強(qiáng)顆粒比未施加磁場時(shí)變得細(xì)小，且更均勻分布于基體中。同時(shí)，隨著脈沖磁場強(qiáng)度的增大，原位合成的增強(qiáng)顆粒更加細(xì)小，分布的更均勻。脈沖磁場作用時(shí)間對增強(qiáng)相的顆粒體積分?jǐn)?shù)和大小有很大影響，最佳作用時(shí)間為15～20min。對A3

4、56-Zr(CO<,3>)<,2>體系原位合成復(fù)合材料熔體進(jìn)行微量Sr變質(zhì)處理，使得原位復(fù)合材料中的增強(qiáng)顆粒更細(xì)小，且均勻分布在基體中，同時(shí)微量Sr的加入使基體A356的Si相形貌，由粗針狀變?yōu)榧?xì)小的顆粒狀，同時(shí)使得Al<,3>Zr、Al<,2>O<,3>顆粒均勻分布在基體中。對A356-K<,2>ZrF<,6>體系原位合成復(fù)合材料熔體進(jìn)行快速凝固，使得AlaZr顆粒尺寸減小至2-4μm，且顆粒易于被凝固前沿的枝晶所捕獲，分布更均勻，同

5、時(shí)高的冷卻速率使復(fù)合材料基體A356合金的共晶組織細(xì)化。對A356-Zrl(CO<,3>)<,2>體系生成的復(fù)合材料進(jìn)行不同溫度及不同次數(shù)的重熔，結(jié)果表明，隨著重熔溫度的提高，重熔組織中內(nèi)生顆粒的分布更均勻，形態(tài)趨于圓鈍化，但過高溫度的重熔導(dǎo)致了局部顆粒的粗化，最佳的重熔溫度為850℃。隨著重熔次數(shù)的增加，凝固組織中的顆粒分布更均勻，顆粒的尺寸更細(xì)小，顆粒的形態(tài)更圓整，但當(dāng)重熔次數(shù)過多時(shí)，顆粒體積分?jǐn)?shù)出現(xiàn)明顯減少，因此選擇5次重熔為最佳

6、的重熔次數(shù)。對A356-Zr(CO<,3>)<,2>體系制備復(fù)合材料熔體進(jìn)行高能超聲處理，使得原位增強(qiáng)顆粒的尺寸小于2μm，且均勻分布在A356基體中。同時(shí)高能超聲使得復(fù)合材料的基體A356合金中共晶Si顯著細(xì)化，呈顆粒狀。 復(fù)合材料的力學(xué)性能研究表明，脈沖磁場作用下，Al-ZrSiO<,4>體系原位合成的(Al<,2>O<,3>+Al<,3>Zr)<,p>/Al復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度隨著脈沖磁場強(qiáng)度的增大而升高，同時(shí)抗拉強(qiáng)度在脈沖磁

7、場作用時(shí)間適中時(shí)達(dá)到最大值。微量Sr的變質(zhì)處理，使得A356-Zrq(CO<,3>)<,2>體系原位合成的(Al<,2>O<,3>+Al<,3>Zr)<,p>/A356復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度提高了14％。單輥旋淬快速凝固使得A356-K<,2>ZrF<,6>體系原位合成Al<,3>Zr/A356復(fù)合材料的平均顯微硬度比常態(tài)下凝固的復(fù)合材料提高了22％。A356-Zr(CO<,3>)<,2>體系原位生成的Al<,2>O<,3>+Al<,3>Z