超聲場下(TiB2+Al2O3)-A356復(fù)合材料的制備與凝固行為研究.pdf

1、原位反應(yīng)制備的鋁基復(fù)合材料性能優(yōu)良，質(zhì)量輕，對環(huán)境污染小具有良好的應(yīng)用前景。本文以A356-Na2B4O7-K2TiF6-KBF4為反應(yīng)體系通過熔體反應(yīng)法成功制備了(Al2O3+TiB2)/A356顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料。利用多種分析和測試方法，研究了(Al2O3+TiB2)/A356顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的微觀組織、相組成以及內(nèi)生顆粒的形貌、大小及分布特征等，測試了復(fù)合材料的力學(xué)性能;研究了凝固速度對復(fù)合材料組織拉伸性能和沖擊性能的影響，并初步探

2、討了復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)制。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)K2TiF6、KBF4以及Na2B4O7三者物質(zhì)的量比為3∶2.75∶1，反應(yīng)溫度為850℃，反應(yīng)時(shí)間20min時(shí)制備出的復(fù)合材料只含兩種顆粒增強(qiáng)相。經(jīng)XRD、SEM、EDS分析確定兩種增強(qiáng)顆粒分別為和Al2O3和TiB2。Al2O3顆粒為短棒狀和橢球狀，尺寸在0.5μm-1μm之間，分布比較均勻，TiB2呈六面體形和多邊形狀，尺寸在200nm左右，但顆粒有一定程度的團(tuán)聚現(xiàn)象，聚集在α

3、(Al)晶界處呈帶狀分布。復(fù)合材料微觀組織α(Al)晶粒細(xì)化呈薔薇狀生長，同時(shí)細(xì)長的共晶硅尺寸減小到5μm左右。
　　在(Al2O3+TiB2)/A356顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的制備過程中施加超聲，研究超聲對顆粒在基體中的潤濕性及分布的影響。結(jié)果表明:超聲的聲空化效應(yīng)改善了顆粒與基體間的潤濕條件，聲流效應(yīng)促使TiB2與Al2O3顆粒在溶體中均勻分散。隨著超聲作用時(shí)間增加，聲空化和聲流效應(yīng)協(xié)同作用使內(nèi)生顆粒分散程度明顯提高，顆粒與基體潤濕

4、性顯著改善，當(dāng)超聲功率為1.0kW，超聲間歇作用時(shí)間為4min時(shí)，效果達(dá)到最佳，此時(shí)復(fù)合材料中顆粒形狀主要為小塊狀，尺寸大約在0.5μm-1μm，與基體界面結(jié)合性好均勻分布于基體中。
　　研究了冷卻速度對(TiB2+Al2O3)/A356復(fù)合材料凝固行為的影響。結(jié)果表明:隨著冷卻速度增大，一方面α(Al)二次晶間距進(jìn)一步縮小向球形方向發(fā)展，共晶硅數(shù)量增多;另一方面復(fù)合材料熔體中的Al2O3顆粒異質(zhì)形核作用被強(qiáng)化，且TiB2顆粒被凝

5、固前沿捕獲的數(shù)量增多，特別是當(dāng)模具溫度為-100℃時(shí)晶內(nèi)顆粒明顯增多。
　　對(TiB2+Al2O3)/A356復(fù)合材料進(jìn)行了室溫拉伸性能測試，研究表明:顆粒體積分?jǐn)?shù)升高的同時(shí)復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度σb增大，而延伸率δ有降低趨勢;當(dāng)復(fù)合材料的顆粒理論體積分?jǐn)?shù)達(dá)3％時(shí)，抗拉強(qiáng)度達(dá)到254MPa，較基體合金增長了15％，而延伸率為7.4％，比基體合金降低了8.6％;施加超聲后隨著超聲作用時(shí)間的增加，復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度σb和伸長率δ均先增后

6、減，當(dāng)超聲作用時(shí)間為4min時(shí)，復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度和延伸率分別達(dá)到284MPa和9.5％，與未施加超聲作用的復(fù)合材料相比分別提高了11.8％和28.3％;冷卻速度的加快復(fù)合材料的拉伸性能顯著提高，抗拉強(qiáng)度σb最大為302MPa，提高了22.7％。延伸率δ最大為10.5％，提高了59％。
　　不同冷卻速度時(shí)(TiB2+Al2O3)/A356顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的室溫沖擊韌性研究結(jié)果表明:隨著冷卻速度的增大復(fù)合材料的沖擊韌性得到提高。在模