真空攪拌鑄造制備SiC顆粒增強鋁基復(fù)合材料及性能研究.pdf

1、顆粒增強鋁基復(fù)合材料具有比強度高、導(dǎo)熱性好、耐磨性好和尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)點,因而目前已廣泛應(yīng)用于航天、航空及武器系統(tǒng)等領(lǐng)域,在部分性能要求較高的民用領(lǐng)域也開始得到應(yīng)用。限制該類材料大規(guī)模使用的障礙是成本過高。攪拌鑄造制備顆粒增強鋁基復(fù)合材料具有工藝簡單、成本低、后續(xù)處理工藝選擇性靈活等優(yōu)勢,被認為是最有可能實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的制造方法。
　　 本文首先介紹了顆粒增強鋁基復(fù)合材料的制備方法、界面改性手段、后續(xù)處理工藝、增強機理機制及應(yīng)用

2、領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢,隨后在此基礎(chǔ)上提出了本研究的目的和意義,詳細論述本文的研究內(nèi)容并得出研究結(jié)論。研究內(nèi)容主要是通過添加Mg合金來改善基體合金的潤濕性和力學(xué)性能,用SEM對其組織形態(tài)分析和力學(xué)性能測試；通過化學(xué)還原原理在絡(luò)合液中對經(jīng)過高溫氧化處理的微米級SiC顆粒進行表面包覆金屬Cu,利用XRD和SEM等分析測試工具對Cu／SiC復(fù)合粉體的成分與結(jié)構(gòu)進行了表征；以AD12鋁合金為基體合金,采用真空攪拌鑄造法制備SiC(p)／Al復(fù)合材

3、料,通過對復(fù)合材料抗拉強度、抗彎強度和硬度的測試及顯微組織和斷口形貌的觀察來分析制備工藝對材料性能的影響；最后對制備的復(fù)合材料進行了T6熱處理和熱擠壓、固溶時效處理,研究固溶時間與時效時間對復(fù)合材料性能的影響,同時研究了不同SiC／Cu含量對T6態(tài)和熱擠壓態(tài)復(fù)合材料性能的影響,并對T6態(tài)復(fù)合材料的強化機理和熱擠壓固溶時效處理對復(fù)合材料強韌化機理進行了研究。
　　 研究結(jié)果表明:對ADC12鋁合金添加合金元素Mg,能有效提高基體合

4、金的強度,尤其是熱處理強度,較未改性的合金相比,添加Mg量達到1.0％時綜合性能最好,抗拉強度可達到274 MPa,較未改性基體合金提高15％左右。利用化學(xué)還原原理制備的Cu／SiC復(fù)合粉體表面包覆效果良好,納米銅可以均勻完整包覆SiC顆粒,形成的復(fù)合粉體含Cu量為15％。利用真空攪拌鑄造法制備的SiC(Cu)／ADC12復(fù)合材料在復(fù)合溫度為580℃、保溫溫度740℃和攪拌時間30 min左右時獲得的材料性能最佳。在此工藝下,鑄態(tài)抗拉強

5、度在SiC／Cu含量為4％時取得最大值,抗彎強度在SiC／Cu含量為6％時取得最大值,硬度隨Cu／SiC復(fù)合粉體含量的增加而提高。對SiC(Cu)／ADC12復(fù)合材料T6處理工藝最終選擇的固溶時間為7 h,時效時間為6.5 h,固溶溫度515℃,時效溫度175℃。T6態(tài)復(fù)合材料抗拉強度隨SiC含量不同從324 MPa到355 MPa,與鑄態(tài)相比平均提高18％到30％,在SiC／Cu含量6％時達到最大值355MPa:抗彎強度從365MPa

6、.到510 MPa,與鑄態(tài)相比平均提高27％左右,在SiC／Cu含量為8％時達到最大值510 MPa；布氏硬度值從140 HB到163 HB,平均提高10％左右。在SiC／Cu含量為8％時達到最大值163 HB；其斷裂主要是以脆性斷裂為主的混合型斷裂,增強機制有位錯強化、細晶強化、彌散強化和固溶強化。熱擠壓固溶時效處理的復(fù)合材料其抗拉強度從386 MPa到462 MPa,與T6態(tài)相比提高了20％到30％,在siC／Cu含量為6％時達到最