Al-K-,2-ZrF-,6--B-,2-O-,3-體系反應(yīng)合成復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、本文研究開(kāi)發(fā)了Al-K2ZrF6-B2O3原位反應(yīng)新體系，采用熔體反應(yīng)法成功制備了(ZrB2+Al2O3+Al3Zr)/Al及(ZrB2+Al2O3+Al3Zr)/A356復(fù)合材料，對(duì)復(fù)合材料的微觀組織、凝固行為、反應(yīng)機(jī)制、力學(xué)性能進(jìn)行了研究。 XRD和電子探針?lè)治龅慕Y(jié)果均表明，Al-K2ZrF6-B2O3原位反應(yīng)生成的增強(qiáng)相顆粒為ZrB2、Al2O3和Al3Zr。以SEM分析對(duì)原位反應(yīng)生成的顆粒大小及分布均勻性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果

2、表明：其顆粒平均尺寸約為1～4μm，顆粒偏聚程度較小。工藝參數(shù)對(duì)凝固組織的影響研究表明：Al-K2ZrF6-B2O3體系制備復(fù)合材料的最佳工藝參數(shù)為：起始反應(yīng)溫度在850±20℃，反應(yīng)時(shí)間為15min，反應(yīng)物K2ZrF6與B2O3摩爾配比為2∶1，反應(yīng)物的加入量應(yīng)不超過(guò)鋁液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的20％為宜。 (ZrB2+Al2O3+Al3Zr)p/Al復(fù)合材料的室溫拉伸強(qiáng)度隨顆粒體積分?jǐn)?shù)的增加而增大，但延伸率先升后降。當(dāng)增強(qiáng)相顆粒體積分?jǐn)?shù)為

3、8vol％時(shí)，復(fù)合材料的力學(xué)性能為：σb=152.3MPa，σss=112.3MPa，較基體分別提高95.2％和167.3％。(ZrB2+Al2O3+Al3Zr)p/A356復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度均隨顆粒體積分?jǐn)?shù)的增加而提高。當(dāng)增強(qiáng)相顆粒體積分?jǐn)?shù)為8vol％時(shí)，該復(fù)合材料的力學(xué)性能為：σb=341.6MPa，σs=283.2MPa，較基體A356合金分別提高了53.3％和68.4％。但是其延伸率則一直呈下降趨勢(shì)。 在載荷5

4、8.8N、滑動(dòng)速度0.42m/s的干滑動(dòng)磨損條件下，(ZrB2+Al2O3+Al3Zr)p/Al復(fù)合材料耐磨性隨著顆粒體積分?jǐn)?shù)的增加而提高，磨損時(shí)間為120min時(shí)基體材料的磨損量為122.2mg而8vol％(ZrB2+Al2O3+Al3Zr)p/Al的磨損量為59.2mg，基體材料的磨損量是復(fù)合材料的2.1倍；(ZrB2+Al2O3+Al3Zr)p/A356復(fù)合材料的耐磨性明顯高于基體A356合金的耐磨性，且復(fù)合材料耐磨性隨著顆粒體積

5、分?jǐn)?shù)的增加而提高。磨損時(shí)間為120min時(shí)A356基體材料的磨損量為82.2mg，而8vol％(ZrB2+Al2O3+Al3Zr)p/A356材料的磨損量?jī)H為31.2mg，A356基體材料的磨損量是復(fù)合材料的2.6倍。隨著磨損時(shí)間的加長(zhǎng)，(ZrB2+Al2O3+Al3Zr)P/A356復(fù)合材料的耐磨性越來(lái)越優(yōu)于基體A356合金。在滑動(dòng)速度0.42m/s，每一載荷下滑動(dòng)時(shí)間為60min時(shí)，復(fù)合材料和基體的磨損量都隨外加載荷的增大而增大，但

6、復(fù)合材料的磨損量隨載荷的增大幅度遠(yuǎn)小于基體。復(fù)合材料的瞬變載荷要比基體合金高的多，而且隨顆粒含量的增加而增加。增強(qiáng)顆粒的存在提高了瞬變載荷，延緩了微磨損向劇烈磨損的轉(zhuǎn)變。 由磨損表面形貌分析可知，(ZrB2+Al2O3+Al3Zr)P/Al復(fù)合材料的干滑動(dòng)磨損形式為粘著磨損+磨粒磨損的混合型磨損機(jī)制，并隨著顆粒體積分?jǐn)?shù)的增加，粘著磨損特征減弱，磨粒磨損的特征更加明顯；而(ZrB2+Al2O3+Al3Zr)P/A356復(fù)合材料的干