AlCuFe系準(zhǔn)晶在鋁基復(fù)合材料中的應(yīng)用.pdf

1、Al-Si合金因?yàn)槠渚哂忻芏刃?、比?qiáng)度好、導(dǎo)熱性能好、易于成型等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域中。然而隨著時(shí)代的發(fā)展，航空航天還有汽車制造業(yè)對(duì)鋁硅合金的性能有了更高的要求，同時(shí)鑄造鋁硅合金中初晶硅粗大的問題嚴(yán)重降低了鋁合金的性能。但是通過向合金中添加增強(qiáng)顆粒的辦法可以有效細(xì)化晶粒并提高鋁硅合金的強(qiáng)度。而AlCuFe準(zhǔn)晶因?yàn)槠鋬?yōu)異的硬度、高的耐磨性還有與鋁合金基體優(yōu)良的潤(rùn)濕性使其特別適合作為鋁硅合金的強(qiáng)化相。
　　本文首先通過傳統(tǒng)鑄造

2、法分別制備了Al64Cu24Fe12準(zhǔn)晶合金，并研究了冷卻速度對(duì)制備Al64Cu24Fe12準(zhǔn)晶的影響，結(jié)果顯示:鑄態(tài)時(shí)，試樣中的主要組成相基本相同為λ((Al-Cu)13Fe4)、I(Al64Cu24Fe12)、β(τ)(Al(Fe，Cu))、η(AlCu)相。其中冷卻速度越大準(zhǔn)晶合金的微觀組織晶粒越細(xì)小，對(duì)先析出相λ相的抑制越明顯。經(jīng)過820℃保溫6h熱處理后所有試樣中都得到成分趨于單一的I相。而與其他試樣相比，冷卻速度最快的試樣表

3、面組織形貌更加平整，I相更加均勻單一化。
　　制備出高純的準(zhǔn)晶顆粒后，我們通過擠壓鑄造法和適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に囍苽淞薃l64Cu24Fe12準(zhǔn)晶增強(qiáng)ZL101復(fù)合材料，并用金相顯微鏡、掃描電鏡以及能譜儀研究了復(fù)合材料的微觀組織。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在制各的復(fù)合材料中幾乎沒有準(zhǔn)晶相的殘留，而是生成了另一種強(qiáng)化相β(Al65-75Si13-26Fe3-10)相。但是隨著準(zhǔn)晶顆粒的加入復(fù)合材料的性能卻得到了極大的提升。純的ZL101合金經(jīng)過熱處理后的抗

4、拉強(qiáng)度為209Mpa，加入4wt.％、7wt.％、10wt.％和13wt.％的準(zhǔn)晶顆粒后抗拉強(qiáng)度分別增大到230、265、355和244Mpa，與之相應(yīng)的，當(dāng)加入10wt.％的準(zhǔn)晶時(shí)復(fù)合材料的硬度達(dá)到最高的146.89HV。然而大于10wt％的準(zhǔn)晶顆粒時(shí)準(zhǔn)晶顆粒發(fā)生了團(tuán)聚現(xiàn)象，這使得復(fù)合材料的整體性能下降。
　　在本文中，我們還通過用Cr原子替換Al64Cu24Fe12準(zhǔn)晶中部分Fe原子的方法制備出了“四元準(zhǔn)晶相”—Al65Cu2

5、0Fe10Cr5相。并用掃描電鏡、X射線衍射法、透射顯微鏡深入分析了該相的微觀組織和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在該相中二十面體準(zhǔn)晶相和二維十次準(zhǔn)晶相的電子衍射結(jié)構(gòu)同時(shí)存在。這說明Al65Cu20Fe10Cr5相實(shí)質(zhì)上是兩種相的混合體。說明Cr元素的加入使部分穩(wěn)定的準(zhǔn)晶I相分解而轉(zhuǎn)變?yōu)槭螠?zhǔn)晶d相。此外，通過金相顯微鏡、X射線衍射法、掃描電鏡以及差示掃描量熱儀等檢測(cè)方法研究了Al64Cu24Fe10Cr2和Al64Cu24Fe8Cr4合金在升溫過

6、程中的相轉(zhuǎn)變過程，從而確定了合適的熱處理工藝（870-900℃保溫0.5h后水淬）來得到幾乎純的準(zhǔn)晶I相和d相。
　　制備出高純度的AlCuFeCr準(zhǔn)晶后，我們通過與AlCuFe準(zhǔn)晶相同的工藝將它加入到ZL101合金中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)制備的復(fù)合材料的微觀組織和相組成基本沒有發(fā)生變化。力學(xué)性能相較于純的ZL101而言有了巨大提升，抗拉強(qiáng)度提升了39.71％，延伸率提高了56.96％，硬度提高了41.11％。但整體性能的提升不如AlCuFe