高能超聲半固態(tài)復(fù)合法制備SiC-,P--ZL101復(fù)合材料的研究.pdf

1、SiCp/Al復(fù)合材料具有良好的耐磨性高、膨脹系數(shù)低、密度小、比強(qiáng)度和比模量高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于航空航天、軍事、汽車、電子、體育運(yùn)動等工業(yè)領(lǐng)域。本文采用加壓滲流法制備SiC/Al預(yù)制塊與高能超聲波攪拌法相結(jié)合的方法制備SiCp/ZL101復(fù)合材料，研究了這種方法制備復(fù)合材料的各工藝參數(shù)及控制方法，并對復(fù)合材料的微觀組織、界面以及宏觀及顯微硬度、摩擦磨損性能等開展較為深入的研究。 (1)研究采用加壓滲流法制備含高SiCp體積分?jǐn)?shù)的S

2、iCp/ZL101復(fù)合材料預(yù)制塊的工藝，通過控制制備過程中SiCp顆粒的表面預(yù)處理方法、SiCp顆粒及模具的預(yù)熱溫度、合金液的澆注溫度和滲流壓力等工藝參數(shù)，制備出內(nèi)在質(zhì)量符合要求的復(fù)合材料預(yù)制塊。通過工藝實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)SiCp顆粒預(yù)熱溫度控制在580℃-620℃范圍內(nèi)，ZL101合金液澆注溫度控制在700℃-720℃，施加1×105-3×105N/m2的滲流壓力下制備出的SiCp/ZL101復(fù)合材料預(yù)制塊結(jié)構(gòu)均勻，組織致密，SiC顆粒分布

3、均勻，SiC顆粒與鋁基體之間的界面結(jié)合良好。通過浮力法測定并計算得到所制備的預(yù)制塊ρ預(yù)=2.93g/cm3，復(fù)合材料預(yù)制塊中SiC顆粒的體積分?jǐn)?shù)為51％，SiC顆粒尺寸范圍為80-120目。 (2)研究半固態(tài)條件下，用高能超聲波攪拌加入預(yù)制塊制備SiCp/ZL101復(fù)合材料的工藝及觀察復(fù)合材料的微觀組織。在半固態(tài)條件下，將含高SiCp顆粒體積分?jǐn)?shù)的SiCp/ZL101預(yù)制塊，按一定比列加入熔融的ZL101中，并導(dǎo)入高能超聲波攪拌

4、，制備出含不同SiCp體積分?jǐn)?shù)的復(fù)合材料。研究了半固態(tài)處理溫度和超聲波工藝參數(shù)對復(fù)合材料微觀組織的影響。結(jié)果表明：采用高能超聲半固態(tài)復(fù)合方法可以制備出組織致密，SiC顆粒分布均勻的復(fù)合材料，并且可以在較大范圍內(nèi)調(diào)整增強(qiáng)顆粒體積分?jǐn)?shù)，制備出增強(qiáng)顆粒體積分?jǐn)?shù)為5％-20％的SiCp/ZL101復(fù)合材料。同時，高能超聲處理可以顯著改善增強(qiáng)顆粒與基體合金的潤濕性，使SiC增強(qiáng)顆粒均勻分布在鋁合金基體中。通過對復(fù)合材料微觀組織觀察和分析表明，基體

5、合金組織致密，增強(qiáng)顆粒分布均勻，無明顯的縮松和氣孔等缺陷。另外，高能超聲處理對鋁合金基體組織微觀形貌還具有很重要的改善作用，可以使初生的α相由發(fā)達(dá)的樹枝晶形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻驙畹念w粒形態(tài)。 (3)隨增強(qiáng)顆粒體積分?jǐn)?shù)的增大，復(fù)合材料宏觀微觀硬度值增大。體積分?jǐn)?shù)為5％-20％的SiCp/ZL101復(fù)合材料其平均布氏硬度由HB62.2上升至HB78.7，與基體相比，添加SiCp增強(qiáng)顆粒體積分?jǐn)?shù)為20％的SiCp/ZL101復(fù)合材料的宏觀硬度

6、提高了近33％。 (4)對制備的含不同體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)顆粒的SiCP/ZL101復(fù)合材料進(jìn)行了摩擦磨損性能實(shí)驗(yàn)，研究復(fù)合材料的耐磨性及增強(qiáng)顆粒的含量對其耐磨性的影響，并且，采用掃描電鏡對復(fù)合材料磨損表面的組織進(jìn)行了觀察和分析，探討了碳化硅顆粒含量對復(fù)合材料耐磨性的影響和SiCP/ZL101復(fù)合材料的摩擦磨損機(jī)理。結(jié)果表明：隨著SiCP含量的增加，復(fù)合材料的總磨損量與復(fù)合材料的摩擦因數(shù)呈相反的變化趨勢，總磨損量不斷降低而摩擦因數(shù)不斷提