原位Al2O3顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備及擠壓鑄造成形研究.pdf

1、本文針對Al-SiO2體系，研究了原位Al2O3顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備及其擠壓鑄造成形工藝。首先采用粉末冶金法對Al-SiO2體系在不同溫度下的反應(yīng)機(jī)理、產(chǎn)物轉(zhuǎn)變及顯微組織變化進(jìn)行了研究。然后，在半固態(tài)區(qū)間通過機(jī)械攪拌加入SiO2粉末，利用熔體反應(yīng)法制備了原位Al2O3顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，最后采用擠壓鑄造工藝對所得復(fù)合材料進(jìn)行成形。利用XRD、SEM、EDS、OM等儀器分析了復(fù)合材料試樣的微觀組織和相組成，生成顆粒的形貌、大小、分

2、布等；討論了Mg含量對Al-SiO2-Mg體系熔體原位反應(yīng)產(chǎn)物的影響；通過測試復(fù)合材料的硬度和室溫拉伸性能，分析復(fù)合材料的斷裂行為，研究了不同尺寸的Al2O3顆粒對復(fù)合材料的強(qiáng)化效果，探討了擠壓鑄造工藝對復(fù)合材料組織與性能的優(yōu)化作用。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴粉末冶金法研究表明，Al-SiO2體系在620℃開始反應(yīng)，但反應(yīng)速度較慢，依賴原子的遷移與交換。850℃時Al與SiO2反應(yīng)速度明顯提高，保溫過程中Al2O3顆粒會發(fā)生晶型

3、轉(zhuǎn)變和開裂，最終導(dǎo)致生成的Al2O3顆粒變得更為細(xì)小，分散也較為均勻。Al-SiO2體系在620℃和850℃時的反應(yīng)產(chǎn)物雖然都是Al2O3，但其存在狀態(tài)不同。620℃時生成的可能是非晶態(tài)的Al2O3；而850℃保溫30min生成的是α-Al2O3。⑵熔體反應(yīng)法制備復(fù)合材料的研究表明，在鋁熔體中加入5wt.％的SiO2粉末，當(dāng)Mg含量為1wt.%時，反應(yīng)產(chǎn)物以MgAl2O4為主，并存在少量Al2O3；當(dāng)熔體中的Mg含量降低到0.3wt.%

4、時，增強(qiáng)顆粒變?yōu)橐訟l2O3為主，同時伴有少量的MgAl2O4。熔體反應(yīng)前所加入的原始SiO2粉末的形貌、大小對反應(yīng)生成相的形貌、大小有著直接影響，增強(qiáng)顆?；颈Ａ袅嗽糞iO2粒子的形貌特征。當(dāng)加入30μm的SiO2粉末時，原位反應(yīng)生成的Al2O3顆粒整體尺寸較大，此時大塊Al2O3顆粒上能清楚地看到因產(chǎn)物體積收縮而造成的裂痕，這些裂痕為參與反應(yīng)的原子提供了擴(kuò)散通道。而當(dāng)SiO2粉末尺寸為3μm時，反應(yīng)生成的Al2O3顆粒則較為細(xì)小，

5、約為3μm，顆粒上也能看到裂痕。⑶擠壓鑄造工藝能改善鑄件的表面成形質(zhì)量，高壓下凝固結(jié)晶強(qiáng)化了補(bǔ)縮效果，消除了鑄件內(nèi)部存在的孔洞等缺陷，使鑄件組織更為致密。同時壓力還會使樹枝晶斷裂，減少了粗大樹枝晶的數(shù)量，使晶粒得到細(xì)化和近球化。比壓越大，樹枝晶越少，α相球化現(xiàn)象越明顯。擠壓力的增加，還能促進(jìn)Al2O3顆粒的均勻分布，消除顆粒與孔洞的共存現(xiàn)象。含有平均尺寸約為30μm和3μm的Al2O3顆粒的鋁基復(fù)合材料的硬度值分別為65.52HBW和5