原位(TiB2+ZrB2)顆粒增強(qiáng)AlSi9Cu3基復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、本文研究以AlSi9Cu3合金作為基體，Al-K2TiF6-K2ZrF6-KBF4作為反應(yīng)體系，通過熔體原位反應(yīng)（DMR）技術(shù)成功制備出(TiB2+ZrB2)/AlSi9Cu3復(fù)合材料。利用XRD、SEM、EDS、OM和TEM等測(cè)試手段，研究了(TiB2+ZrB2)/AlSi9Cu3復(fù)合材料制備工藝參數(shù)、機(jī)械攪拌輔助、熱處理方式等對(duì)顯微組織的影響，分析了凝固組織中TiB2和ZrB2顆粒及CuAl2相的形貌、尺寸及分布等，分析研究了(Ti

2、B2+ZrB2)/AlSi9Cu3復(fù)合材料的力學(xué)性能，探討了(TiB2+ZrB2)/AlSi9Cu3復(fù)合材料的強(qiáng)韌化機(jī)制。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴冷卻速率對(duì)AlSi9Cu3合金基體的影響結(jié)果表明：銅模澆注的基體合金中枝晶間距（DAS）優(yōu)于鐵模澆注的DAS。鐵模澆注AlSi9Cu3合金的凝固組織中DAS約為20~40μm，銅模澆注的DAS約為10μm，確定(TiB2+ZrB2)/AlSi9Cu3復(fù)合材料澆注方式為銅模。⑵(TiB

3、2+ZrB2)/AlSi9Cu3復(fù)合材料的最佳制備工藝參數(shù)研究結(jié)果表明：在反應(yīng)溫度860℃條件下，最佳反應(yīng)時(shí)間30min，反應(yīng)物添加量20wt.％。在該參數(shù)下制備的復(fù)合材料凝固組織中TiB2和ZrB2顆粒形貌呈現(xiàn)近六邊形狀，平均尺寸40nm，顆粒增強(qiáng)團(tuán)尺寸10~20μm，主要分布于枝晶間和晶界處；Si相形貌為短棒狀，并在枝晶間形成一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；晶粒尺寸在20~60μm，晶粒細(xì)化效果明顯。⑶機(jī)械攪拌對(duì)(TiB2+ZrB2)/AlSi

4、9Cu3復(fù)合材料顯微組織影響研究結(jié)果表明：當(dāng)機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)速為700rmp，時(shí)間為10min時(shí)，改善了局部區(qū)域TiB2和ZrB2顆粒的分布，使得納米增強(qiáng)團(tuán)被擊碎，均勻分布，顆粒尺寸為20~60nm。⑷(TiB2+ZrB2)/AlSi9Cu3復(fù)合材料力學(xué)性能研究結(jié)果表明：反應(yīng)時(shí)間為30min，反應(yīng)物添加量分別為20wt.%時(shí)制備的復(fù)合材料鑄態(tài)條件下的抗拉強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率分別為265MPa和14.8%，其分別是AlSi9Cu3基體合金的1.2倍和2

5、.11倍；沖擊吸收功為3J，較AlSi9Cu3基體合金有所提升。施加機(jī)械攪拌作用10min后，復(fù)合材料鑄態(tài)抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分別達(dá)到277MPa，15.6%。⑸復(fù)合材料增強(qiáng)機(jī)制包括位錯(cuò)強(qiáng)化，細(xì)晶強(qiáng)化，界面強(qiáng)化。復(fù)合材料拉伸斷口形貌表明其拉伸斷裂方式為準(zhǔn)解理斷裂，沖擊斷口形貌表明該材料具有一定的沖擊韌性。⑹熱處理工藝對(duì)復(fù)合材料組織和性能影響研究結(jié)果表明：采用固溶+過時(shí)效處理工藝使得Si相粒狀化，尺寸約2μm；晶界處骨骼狀的CuAl2相消失，