Al-SiO-,2--TiO-,2-體系原位合成顆粒增強(qiáng)A356基復(fù)合材料的制備及其性能.pdf

1、顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料具有密度低、高比強(qiáng)度、耐磨、耐高溫以及良好的尺寸穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、電子和汽車制造等行業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　 本課題以A356為基體合金，以Al-SiO2-TiO2為反應(yīng)體系，采用熔體原位反應(yīng)法，制備了(Al2O3+Al3Ti)p/Al復(fù)合材料。利用光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)、X射線衍射儀(XRD)、差熱掃描量熱分析儀(DSC)等現(xiàn)代分析手段分析了復(fù)合材料的凝固組織，并探討了Al-S

2、iO2-TiO2體系的反應(yīng)動力學(xué)以及影響顆粒大小和分布的因素，研究了對熔體反應(yīng)過程施加脈沖磁場對復(fù)合材料的微觀組織的影響，測試復(fù)合材料的硬度和拉伸性能。
　　 根據(jù)熱力學(xué)計算，Al-SiO2-TiO2體系的反應(yīng)是自發(fā)進(jìn)行的放熱反應(yīng)。只要加熱到一定溫度，就會引發(fā)反應(yīng)，而反應(yīng)放出的反應(yīng)熱將會導(dǎo)致體系溫度上升，更有利于反應(yīng)的進(jìn)行。當(dāng)溫度升高到816℃時，出現(xiàn)一較小放熱峰，對應(yīng)著Al-SiO2-TiO2體系反應(yīng)中新相的生成，但反應(yīng)未完全

3、。直到920℃-950℃時反應(yīng)完全，最終反應(yīng)合成以Al-Si合金為基體，Al2O3、Al3Ti顆粒為增強(qiáng)體的復(fù)合材料。對熔體反應(yīng)過程施以電磁脈沖影響可使增強(qiáng)相變得細(xì)小，平均粒徑為5μm，從而改善材料的微觀形貌，提高材料的力學(xué)性能。
　　 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Al-SiO2-TiO2體系制備復(fù)合材料的最佳工藝參數(shù)為：起始反應(yīng)溫度為920℃左右、反應(yīng)時間25min、反應(yīng)物SiO2、TiO2加入量10wt％。X-射線衍射(XRD)和掃描電鏡

4、(SEM)分析表明：Al-SiO2-TiO2體系原位反應(yīng)生成的顆粒增強(qiáng)相為Al2O3、Al3Ti和初生Si，且顆粒尺寸細(xì)小，彌散分布于基體中，初生Si的尺寸為20μm左右，Al2O3、Al3Ti的尺寸在5μm左右。
　　 力學(xué)性能測試表明：反應(yīng)合成的(Al2O3+Al3Ti)p/Al復(fù)合材料，與A356合金相比硬度有較大的提高，抗拉強(qiáng)度略有提高，伸長率則略有下降。氧化物粉末加入量為鋁熔體的10wt％時，復(fù)合材料的硬度為119HV