Sr變質(zhì)Al3Ti-ADC12鋁基復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、材料的發(fā)展是人類邁向先進文明的重要組成部分，隨著社會的發(fā)展，人們對材料性能的要求越來越高。鋁合金作為生產(chǎn)、生活中一種應(yīng)用極為廣泛的有色金屬材料以其密度小、成形性好、比強度高、易于回收利用等優(yōu)點而深受人們喜愛。ADC12鋁合金因為其優(yōu)異的性能而被廣泛的使用，但是當(dāng)Si含量超過6wt％時，組織中粗大的α-Al相和長針狀Si相卻嚴(yán)重降低了材料的使用性能。研究發(fā)現(xiàn)，一些通過原位反應(yīng)制備的增強相（Al3Ti、Al2O3顆粒等）能夠改善Al-Si合

2、金組織，提高合金力學(xué)性能。同時，在Al-Si系合金中添加少量的變質(zhì)劑（如：Na、K、RE、Sr等元素）不僅能達到良好的變質(zhì)細化效果，還具有凈化熔體和除氣的作用。Sr作為一種高效的變質(zhì)劑，能將Al-Si系合金中的片狀共晶Si相轉(zhuǎn)變?yōu)榧毨w維狀結(jié)構(gòu)。因此，本文以Al-Ti反應(yīng)體系，通過原位反應(yīng)法制備Al3Ti/ADC12鋁基復(fù)合材料，并在其中加入Al-10Sr中間合金，制備了不同Sr含量的原位Al3Ti/ADC12鋁基復(fù)合材料，研究了不同Sr

3、添加量對原位合成Al3Ti/ADC12鋁基復(fù)合材料的組織和性能的影響。主要研究內(nèi)容及成果如下：
　　以Al-Ti反應(yīng)體系，將冰晶石粉（Na3AlF6）與鈦粉（Ti）的混合粉末加入ADC12鋁合金中能夠原位反應(yīng)生成Al3Ti/ADC12鋁基復(fù)合材料，Al3Ti相呈塊狀團聚分布，尺寸大小約為65μm。向Al3Ti/ADC12鋁基復(fù)合材料中加入0.25wt%Sr含量時，變質(zhì)效果較理想。α-Al晶粒完全細化，以球狀或橢圓狀為主，晶粒尺寸約

4、為15μm，共晶Si相不僅變?yōu)轭w粒狀，而且分散均勻，Al3Ti相由塊狀變?yōu)轭w粒狀并且完全分散開來。同時，變質(zhì)劑Sr的加入也使得材料的力學(xué)性能得到提升，當(dāng)加入0.25wt%Sr時，材料具有較佳的力學(xué)性能，材料的抗拉強度達到281.74MPa，伸長率為2.56%，與未添加Sr的Al3Ti/ADC12鋁基復(fù)合材料相比分別提高了36.89%、58.02%。對材料的斷口形貌進行對比分析，未添加Sr時，材料斷口上基本上沒有小韌窩出現(xiàn)，只有一些少量大

5、而淺的韌窩，斷口存在一些平齊而光亮的人字紋花樣，斷裂方式為明顯的解理斷裂。當(dāng)添加0.25wt%Sr含量時，斷口上幾乎看不到解理面和脆性平坦區(qū)，撕裂棱變得細小均勻，韌窩數(shù)量增多，分布比較均勻，多數(shù)韌窩小而深，斷裂方式為沿晶斷裂，這將較大程度地提高材料的力學(xué)性能。
　　對于Sr變質(zhì)Al3Ti/ADC12鋁基復(fù)合材料耐磨性的研究：材料的耐磨性與其硬度成反比，隨著變質(zhì)劑Sr含量的增加，材料的硬度先增加后降低，在0.25wt%Sr添加含量時

6、達到峰值。在相同的負載下探究Sr添加量對磨損率和摩擦系數(shù)的影響，得出0.25wt%Sr添加量的復(fù)合材料耐磨性較佳，在80N載荷下，由于銷釘與磨盤之間磨屑的增多，瞬時摩擦系數(shù)波動變大。在Sr添加量相同的情況下，探究不同載荷對材料磨損率與摩擦系數(shù)的影響，得出結(jié)論磨損率與摩擦系數(shù)隨著載荷的增加均變大；不同Sr含量的Al3Ti/ADC12鋁基復(fù)合材料在不同負載下所表現(xiàn)出的磨損機制也有所不同：在10-40N載荷下，材料的磨損形式以磨粒磨損和氧化磨

7、損為主，在80N載荷下磨損形式以剝層磨損和塑性變形為主。分別觀察20N、80N載荷下0.25wt%Sr含量的Al3Ti/ADC12鋁基復(fù)合材料磨屑的SEM圖，20N載荷下的磨屑以顆粒狀的、絲條狀的形態(tài)呈現(xiàn)，驗證了磨粒磨損的存在；80N載荷下的磨屑中不僅有一些小的硬質(zhì)顆粒，還有大量的片狀磨削，說明磨損形式以剝層磨損為主。
　　對于Sr變質(zhì)Al3Ti/ADC12鋁基復(fù)合材料熱處理的研究：設(shè)定以Sr添加量（A），固溶溫度（B），固溶時間

8、（C），時效時間（D）為參考變量的四因素—四水平正交試驗方案。分析Sr的添加量對材料熱處理組織的影響，未添加變質(zhì)劑Sr時，單位面積內(nèi)的Si相數(shù)量較少且尺寸大小不一，適當(dāng)添加變質(zhì)劑Sr含量至0.25wt%，共晶Si相分布均勻且圓整度提高，Sr含量過多會對熱處理組織產(chǎn)生毒化作用，生成了少量針狀金屬間化合物，這會使得材料力學(xué)性能的下降；添加變質(zhì)劑Sr還具有效改善材料組織中的缺陷，細化氣孔的作用；固溶溫度較低時，會造成富鐵相難以溶解到α-Al中