多元氧化物與鋁原位反應(yīng)生成鋁基復(fù)合材料的組織和性能.pdf

1、針對(duì)活塞用鋁硅合金ZL109工況條件差，高溫性能不穩(wěn)定的問(wèn)題，本文通過(guò)向熔融態(tài)ZL109合金中添加Fe2O3-CuO-CrO3/Al混合壓塊，采用傳統(tǒng)鑄造工藝制備了活塞用Al2O3p/ZL109復(fù)合材料。系統(tǒng)研究了Al與Fe2O3、CuO、CrO3之間的反應(yīng)熱力學(xué)和Al2O3p/ZL109復(fù)合材料的制備工藝，探索了不同稀釋劑Al含量對(duì)反應(yīng)的產(chǎn)物及其分布的影響，對(duì)復(fù)合材料的組織和性能進(jìn)行分析和測(cè)試，取得的結(jié)果如下:
　　 Al與F

2、e2O3、CuO、CrO3呈現(xiàn)一個(gè)反應(yīng)梯度，混合壓塊燒結(jié)試驗(yàn)證明，Al與三種氧化物的反應(yīng)順序?yàn)镕e2O3＞CuO＞CrO3，反應(yīng)的產(chǎn)物為Al2O3粒子和不同的金屬間化合物，壓塊中的粉末配比、壓塊密度、反應(yīng)的燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物都有影響。利用液態(tài)原位反應(yīng)工藝制備的Al2O3p/ZL109復(fù)合材料中，Al2O3粒子尺寸細(xì)小，在基體中分布均勻，與基體界面結(jié)合干凈，結(jié)合力強(qiáng);Fe、Cu、Cr元素的加入使得ZL109進(jìn)一步合金化。通過(guò)選取

3、合理的制備工藝，有望獲得良好的活塞用鋁基復(fù)合材料。
　　 研究表明， ZL109加熱到820℃-870℃熔煉，在780℃下加入混合壓塊，當(dāng)混合壓塊中Al含量為30wt％時(shí)，原位反應(yīng)在ZL109中進(jìn)行的比較充分，得到的Al2O3p/ZL109復(fù)合材料組織均勻，力學(xué)性能較好。Mg可作為反應(yīng)的誘導(dǎo)劑，可減少反應(yīng)誘導(dǎo)時(shí)間，當(dāng)Mg含量為3wt％時(shí)，反應(yīng)誘導(dǎo)時(shí)間為1s左右。SEM觀察表明，復(fù)合材料中的Al2O3分布均勻，在ZL109中彌散分

4、布;反應(yīng)生成的金屬間化合物在基體中形成熱穩(wěn)定好的硬質(zhì)顆粒。TEM觀察表明，生成的Al2O3粒子形狀近似橢圓形，尺寸在0.1μm左右。
　　 當(dāng)Al2O3p/ZL109復(fù)合材料中Fe、Cu、Cr元素含量分別達(dá)到0.656wt％、1.407wt％、0.1419wt％時(shí)，復(fù)合材料硬度比基體合金提高了1.9％，室溫抗磨性提高了2.93％，300℃下的摩擦系數(shù)降低了28.6％，在300℃下保溫半小時(shí)后的拉伸強(qiáng)度最高可達(dá)178MPa，平均高