Sm及CNTs在鋁硅合金中的應(yīng)用及性能研究.pdf

1、Al-Si系鑄造合金是一種傳統(tǒng)的工業(yè)用鋁合金材料，因其原料成本低廉且具有良好的鑄造、焊接及耐磨性能而廣泛應(yīng)用。ZL101和ZL102合金為兩種典型的Al-Si系鑄造合金。然而，其鑄態(tài)顯微組織特性為多邊形塊狀的初晶硅和粗大針狀的共晶硅，α-Al枝晶粗大，導(dǎo)致合金的力學(xué)性能惡化。本文主要對(duì)稀土釤（Sm）及碳納米管（CNTs）在鋁硅合金中的應(yīng)用及性能進(jìn)行研究。
　　研究結(jié)果表明：稀土Sm能降低Al-Si合金的共晶溫度。加入量越多，則降低

2、幅度越大。當(dāng)加入0.6wt.％ Sm時(shí)，共晶溫度最低。共晶溫度低是具有良好變質(zhì)組織合金的一個(gè)共同的特征。對(duì)顯微組織而言：ZL101的α-Al二次枝晶臂間距隨著Sm含量增加而減少，當(dāng)Sm的含量達(dá)0.6wt.%時(shí)，二次枝晶臂間距值最低，由原來(lái)的40μm變?yōu)?7μm；而此時(shí)ZL102合金的α-Al呈雙重枝晶-晶胞結(jié)構(gòu)和松樹(shù)結(jié)構(gòu)分布，枝晶數(shù)量增多。Sm對(duì)Al-Si合金的共晶硅相變質(zhì)能力較強(qiáng)?？蓪l-Si系合金中細(xì)長(zhǎng)針狀變質(zhì)為細(xì)小圓整的顆粒狀。

3、對(duì)于ZL102合金，添加適量稀土Sm能同時(shí)變質(zhì)初晶硅和共晶硅。此外，稀土Sm能提高Al-Si系合金的力學(xué)性能。當(dāng)0.6wt.%Sm加入時(shí)，合金具有良好的綜合力學(xué)性能。
　　CNTs的韌性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性良好，作為增強(qiáng)相加入合金后，復(fù)合材料的性能將帶來(lái)一次飛躍。然而CNTs密度低，尺寸小，比表面積大，難以分散，與鋁合金基體潤(rùn)濕性差。因此，為了解決上述問(wèn)題，本課題首先制備了CNTs含量高的Al-CNTs中間納米復(fù)合材料作為CNTs的載體，

4、然后加入鋁硅合金熔體稀釋輔以施加機(jī)械攪拌或超聲制備CNTs/ZL101復(fù)合材料。在Al-CNTs中間納米復(fù)合材料中，CNTs含量越多，熔化時(shí)間越長(zhǎng)，CNTs的最佳含量為5~8wt.%。Al-CNTs中間納米復(fù)合材料經(jīng)熱擠壓后可縮短其熔化時(shí)間。
　　采用機(jī)械攪拌法制備的CNTs/ZL101復(fù)合材料，隨著CNTs的加入，顯微組織得到細(xì)化。但是由于機(jī)械攪拌法對(duì)CNTs的分散能力有限，當(dāng)CNTs含量超過(guò)0.4wt.%時(shí)，復(fù)合材料的內(nèi)部缺陷

5、多，存在大量的CNTs團(tuán)聚物，導(dǎo)致復(fù)合材料力學(xué)性能下降。當(dāng)CNTs含量為0.2wt.%時(shí)，復(fù)合材料的顯微硬度及力學(xué)性能最佳，與基體相比，硬度和極限抗拉強(qiáng)度分別提高了36.8%、18.8%。
　　采用超聲法制備的CNTs/ZL101復(fù)合材料與機(jī)械攪拌法相比，CNTs的團(tuán)聚物在超聲的空化效應(yīng)作用下在復(fù)合材料內(nèi)均勻分布，共晶硅及α-Al也得到細(xì)化。超聲功率越大，復(fù)合材料的顯微組織越好，最佳的超聲功率為2.1kw。在功率2.1kw超聲作用