原位顆粒增強(qiáng)ADC12鋁基復(fù)合材料的制備及研究.pdf

1、鋁合金具有密度小、比強(qiáng)度高、成形性好、易于回收利用等優(yōu)點(diǎn)，因而在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中得到了較為廣泛的應(yīng)用。作為一種Al-Si-Cu系合金，ADC12因其優(yōu)越的性能而被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)領(lǐng)域。但是，合金組織中粗大的α-Al相和Si相卻在一定程度上降低了材料的力學(xué)性能。而研究發(fā)現(xiàn)，一些原位增強(qiáng)相(如Al2O3、Al3Ti顆粒等)能夠改善Al-Si合金組織，提高材料的各方面性能。故本文以 Al-B2O3、Al-K2TiF6、Al-Ti為反應(yīng)體系，將高能

2、超聲處理技術(shù)與原位合成技術(shù)相結(jié)合，制備了原位(Al2O3、Al3Ti)顆粒增強(qiáng) ADC12鋁基復(fù)合材料，力求利用超聲產(chǎn)生的聲空化效應(yīng)和聲流效應(yīng)來(lái)細(xì)化顆粒，改善顆粒與熔體間的潤(rùn)濕性，迫使顆粒在熔體中均勻分散，從而提高復(fù)合材料的綜合性能，使其能夠更好的符合鋁基復(fù)合材料的要求。另外，本文在以 Al-K2TiF6為反應(yīng)體系制備Al3Ti/ADC12復(fù)合材料的同時(shí)，還研究了電磁攪拌對(duì)其半固態(tài)漿料組織的影響，力求利用電磁攪拌作用于熔體時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)烈混

3、合對(duì)流來(lái)改善晶體的結(jié)晶凝固過(guò)程，從而獲得良好的復(fù)合材料半固態(tài)漿料。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下：
　　以Al-B2O3為反應(yīng)體系,原位制備了Al2O3/ADC12復(fù)合材料。復(fù)合材料的微觀組織研究表明：超聲輔助下原位生成的Al2O3增強(qiáng)顆粒細(xì)小、圓整，在基體中分布也較為均勻；復(fù)合材料硅相組織與基體相比有了一定程度的改善，硅相形貌由原來(lái)的塊狀、長(zhǎng)針狀、板條狀逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槎贪魻睢㈩w粒狀，其中未施加超聲制備的復(fù)合材料組織中的硅相以短棒狀為主，顆粒

4、狀較少，超聲后復(fù)合材料組織中的短棒狀硅相減少、且尺寸變得更為細(xì)小，顆粒狀硅相則有所增加。復(fù)合材料的力學(xué)性能研究表明：經(jīng)過(guò)超聲處理的復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度和延伸率比未施加超聲的復(fù)合材料分別提高了13.5％和25.2%。
　　以Al-K2TiF6為反應(yīng)體系,采用熔體直接反應(yīng)法，超聲原位合成了Al3Ti/ADC12復(fù)合材料。研究表明：與常規(guī)原位反應(yīng)相比，超聲作用下反應(yīng)更快、更徹底，且生成的Al3Ti增強(qiáng)顆粒形貌較規(guī)則、尺寸細(xì)小，平均尺寸約為1

5、~2μm，在基體中分布也較為均勻。原位復(fù)合材料的鑄態(tài)組織與基體相比均有所改善：α-Al相的輪廓變得愈加清晰，尺寸逐漸細(xì)化，形貌趨于圓整；Si相形貌則由原來(lái)的長(zhǎng)針狀、板條狀逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槎贪魻睢㈩w粒狀。其中未施加超聲制備的復(fù)合材料晶粒得到了一定的細(xì)化，Si相形貌以較大顆粒狀為主，短棒狀較少；二次超聲條件下獲得的復(fù)合材料晶粒得到了較大程度的細(xì)化，Si相形貌則變?yōu)榱烁蛹?xì)小的顆粒狀甚至纖維狀。而經(jīng)過(guò)超聲處理的復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分別達(dá)到255

6、.2MPa和2.18%，比未施加超聲的復(fù)合材料分別提高了19.4%和33.7%。復(fù)合材料的室溫拉伸斷口形貌分析表明：在超聲作用下，復(fù)合材料斷口上解理面變少，韌窩變小、變深、數(shù)量增多，表現(xiàn)為明顯的韌性斷裂。
　　以Al-K2TiF6為反應(yīng)體系，采用電磁攪拌法成功制備了原位Al3Ti/ADC12復(fù)合材料的半固態(tài)漿料，并研究了不同攪拌參數(shù)對(duì)該復(fù)合材料半固態(tài)組織的影響，揭示了半固態(tài)組織在電磁場(chǎng)作用下的演變機(jī)理。結(jié)果表明：在本實(shí)驗(yàn)降溫?cái)嚢柽^(guò)

7、程中，隨著攪拌時(shí)間的逐漸增加，復(fù)合材料半固態(tài)組織中的初生相形貌發(fā)生了多樣性變化，經(jīng)歷了樹(shù)枝狀、薔薇狀、近球狀的演變，其中在585℃時(shí)水淬取樣的組織較佳，初生α-Al相主要呈近球狀，彌散懸浮于液相中，平均尺寸約為35.2μm；在一定范圍內(nèi)，若固定相同的攪拌頻率和攪拌時(shí)間，降溫?cái)嚢柽^(guò)程中隨著攪拌電壓的增大晶粒形貌趨于圓整，尺寸逐漸變?。蝗艄潭ㄏ嗤臄嚢桦妷汉蛿嚢钑r(shí)間，降溫?cái)嚢柽^(guò)程中隨著攪拌頻率的增大晶粒先逐漸細(xì)化而后又逐漸增大。
　　

8、以Al-Ti為反應(yīng)體系原位合成了Al3Ti/ADC12鋁基復(fù)合材料。研究表明：對(duì)熔體施加機(jī)械攪拌后，復(fù)合材料組織中的Al3Ti顆粒相由原來(lái)的粘結(jié)、團(tuán)聚慢慢變得分散開(kāi)來(lái)，平均尺寸也有所減小；冷卻方式的不同對(duì)復(fù)合材料中原位Al3Ti相的形貌也有較大的影響，在快速冷卻的條件下，Al3Ti相的形貌為塊狀或顆粒狀，而經(jīng)緩慢冷卻后，Al3Ti相的形貌卻變?yōu)獒槧罨虬鍡l狀。對(duì)熔體施加超聲后，復(fù)合材料組織中的Al3Ti相發(fā)生了較大的變化：若保持超聲時(shí)間、

9、超聲頻率及Ti的添加量不變，在一定范圍內(nèi)，隨著超聲功率的增加，Al3Ti顆粒尺寸變得越來(lái)越細(xì)小，分布也變得更加均勻；若保持超聲功率、超聲時(shí)間及超聲頻率不變，隨著Ti含量的逐漸增加，Al3Ti顆粒會(huì)出現(xiàn)團(tuán)聚和長(zhǎng)大的現(xiàn)象；若保持超聲功率、超聲頻率不變，隨著超聲時(shí)間的增加，超聲效果會(huì)出現(xiàn)先加強(qiáng)后減弱的趨勢(shì)。此外，原位 Al3Ti/ADC12鋁基復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度較基體合金而言有升高的趨勢(shì)，并且復(fù)合材料的力學(xué)性能變化趨勢(shì)與其組織變化趨勢(shì)相一致，