Al+SiC预制颗粒增强铝基复合材料微观组织和性能的研究

Al SiCAl SiC预制颗粒增强铝基复合材料微观组织和性能的研究预制颗粒增强铝基复合材料微观组织和性能的研究 太原理工大学硕士研究生学位论文IAl SiC预制颗粒增强铝基复合材 料微观组织和性能的研究摘要铝基复合材料具有高比强度 高比刚 度 高弹性模量等优良的力学性能 同时还具有耐磨 耐腐蚀 耐 热等优点 近年来在航空航天 军事 汽车制造等领域有广泛的应 用 用半固态搅拌铸造法制备的SiC颗粒增强的铝基复合材料因其具有成 本低 各向同性好且耐磨的优点 受到了越来越多研究者的亲昧 本文通过将铝粉和SiC粉末在行星球磨机中高能球磨制备了Al SiC p预制颗粒 并使用半固态搅拌法制备了颗粒增强铝基复合材料 研 究了预制颗粒 Al SiC p 含量和Mg的加入对复合材料微观组织 力学性能及耐磨性的影响 以及T6热处理对复合材料的增强机理 本文研究结论如下随着预制颗粒体积分数的增加 ZL101基复合材料 的晶粒尺寸逐渐减小 而维氏硬度 抗拉强度和耐磨性逐渐增强 其最大值较基体合金分别增强了12 1 25 7 和7 6 压力为10N 而复合材料的伸长率逐渐降低 ZL101合金的主要断裂方式为韧性断裂 Al SiC p ZL101复合材料的主要断裂方式为准解理断裂 ZL101合金主要以粘着磨损为主 存在磨粒磨损 Al SiC p ZL101复合材料主要磨损机制为磨粒磨损 但存在粘着磨损 Mg元素的加入不仅可以细化晶粒 减少预制颗粒团聚现象 而且可 以使复合材料中的共晶相由针状细化为粒状 Al SiC p ZL101 Mg复合材料的太原理工大学硕士研究生学位论文II维氏硬度 抗拉 强度和耐磨性均高于Al SiC p ZL101复合材料 但伸长率低于Al SiC p ZL101复合材料 ZL101 Mg合金和Al SiC p ZL101 Mg复合材料的主要断裂方式为解理断裂 ZL101 Mg合金和Al SiC p ZL101 Mg复合材料的主要磨损机制为磨粒磨损 但存在粘着磨损 热处理会使Al SiC p ZL101复合材料中共晶硅细化 Al SiC p ZL101 Mg复合材料中共晶硅长大变粗 T6热处理后复合材料的维氏硬度 抗拉强度 伸长率和耐磨性都有 所提高 但对Al SiC p ZL101复合材料的提高幅度更大 分别提高了26 67 54 44 5 47 和10 29 压力为10N 热处理后Al SiC p ZL101 Mg复合材料的抗拉强度随着预制颗粒体积分数的增加而先增加后降 低 在增强颗粒体积分数为2 时取到最大值 T6热处理后ZL101合金和ZL101 Mg合金为韧性断裂 1vol Al SiC p ZL101复合材料和2vol Al SiC p ZL101复合材料为准解理断裂 此外别的复合材料以解理断裂为主 金属基复合材料是在近几十年才有了较快的发展 它具有高比模量 高比刚度和耐磨损等特点 因此它被广泛应用于在航空业 国防 工业和汽车制造等行业 已成为国内外研究的热点 1 在金属基复合材料中 铝基复合材料因铝及其合金与增强体颗粒的相 容性较好 且铝的质量轻 价格较低 可加工性较好 因此受到了 科研工作者的广泛欢迎 2 4 铝基复合材料的基体材料品种繁多 目前的基体材料主要有纯铝及A l Si合金 Al Cu合金 Al Mg合金 Al Li合金 Al Fe合金等 不同基体合金的复合材料性能差异较大 为了满足使用要求 应按 照以下三点来选择基体材料 构件的使用性能要求是选择基体合金的重要原则 若要求复合材料具有较好的高温稳定性 则选择Al Fe合金为基体合金 若要求复合材料具有良好的综合机械性能 则 选择Al Mg合金为基体合金 若要求复合材料具有高强度 高韧性 易焊接 易加工的优良性能 则选择Al Cu合金为基体合金 若要求复合材料具有质量轻 刚度高的特点 则选择Al Li合金为基体合金 若要求复合材料具有耐磨 耐高温 热膨胀系 数低的优点 则选择Al Si合金为基体合金 根据不同类型的增强材料来选择基体材料 基体合金的强度对非连续增强的铝基复合材料 短纤维 晶须 颗 粒增强 具有决定性的影响 因此要选择具有高强度的铝合金来作 为基体 然而 基体合金的强度对连续纤维增强的铝基复合材料性能并没有 太大的影响 铝基体在连续纤维增强的铝基复合材料中的作用是充分发挥增强纤 维的性能 这就要求基太原理工大学硕士研究生学位论文2体与纤维 有良好的相容性和塑性 实验表明 如果基体材料采用较高强度的合金 连续纤维增强的铝 基复合材料的各项力学性能反而会降低 纯铝或合金元素较少的铝合金作为碳纤维增强铝基复合材料的基体 能充分发挥纤维的作用 提高材料的性能 而高强铝合金作为基体后 复合材料的性能反而会下降 要兼顾基体合金与增强颗粒的润湿性 一方面 铝基复合材料的制备需要较高的温度 而高温通常会引起 基体合金和增强颗粒间的化学反应 在增强颗粒表面形成反应层 而界面反应的产物一般都是脆性相 在复合材料受力时首先断裂产 生微裂纹 随后微裂纹不断扩展连接直至复合材料断裂 另一方面 要考虑到基体中的合金元素和增强颗粒间也会发生化学 反应 因此要尽量选择利于基体合金和增强颗粒润湿的合金元素 1 1 2铝基复合材料增强相的选择增强体根据其形态可分为纤维 晶 须 颗粒三类 由于具有力学性能优良 成本低 各项同性好 制备工艺简单的优 点 且能够通过铸造 挤压 机加工等工艺制成各种机械零件和毛 坯 因此颗粒增强铝基复合材料已经成为了材料领域的一个研究重 点 现如今越来越多的科研工作者开始研究颗粒增强铝基复合材料在工 业生产中的应用 5 7 TiC B4C SiC Al2O 3 石墨等 表1 1 是常用的增强颗粒 表1 1常用的增强颗粒及其性能 8 12 Table1 3Commonly usedreinforcing particlesand performance颗粒密度 g cm 3熔点K热膨胀系数 10 6K 1弹性模量GPaC2 183773 1 44690Si2 3316873 06112SiC3 2129705 4324SiO22 66192324734 84310SiN43 181 44207太原理工大学硕士研 究生学位论文31 1 3铝基复合材料制备方法的选择目前金属基复合 材料的制备方法较多 可分为五大类铸造法 熔渗法 粉末冶金法 喷射沉积法和原位复合法 1 1 3 1铸造法铸造法是所有金属基复合材料制备方法中最受欢迎的 方法之一 该方法具有耗能低 设备要求低 不受零件形状限制的 优点 因此该方法受到了广大研究者的欢迎 近年来 广大研究者在传统搅拌铸造法的基础上 发展了半固态搅 拌铸造法 超声搅拌铸造法 离心搅拌铸造法等新工艺 极大的丰 富了铸造法的内容 1 搅拌铸造法 该方法是把增强体粒加入到以一定的转速搅拌着的熔融状态的金属 中 从而促使增强颗粒在熔液中均匀分布 然后浇铸成型 搅拌铸造法的特点是制造成本低 对设备要求低 生产效率高 因 此该工艺适合大批量生产 是制备复合材料运用最多的方法 也是 最有竞争力和发展前途的方法 13 16 然而 该方法在增强颗粒含量高 粒径小时易发生团聚现象 颗粒 加入量一般在30 以下 粒径一般大于10 m 17 且熔炼温度高 而易发生界面反应 易出现第二项偏析 此外由于搅拌作用而容易 混入气体和夹杂物 因此控制这些不利因素是制备高性能复合材料 的关键 2 离心铸造法 该方法是将液体金属和增强颗粒注入高速旋转的铸型内 使金属液 和增强颗粒在离心力作用下充满铸型形成铸件的方法 该方法本质是利用离心力的作用把增强体分布于材料的内表面或外 表面 使得增强颗粒在复合材料中沿内到外具有一定的浓度梯度 18 该方法需使材料成分 组织连续变化 避免产生明显界面 从而可 以缓和热应力 1 1 3 2熔渗技术熔渗技术是指金属液体与多孔性固体外表面相接触 靠毛细管力将金属液体吸引到固体内部 熔渗技术可分为压力熔渗和无压熔渗 1 压力熔渗 压力熔渗是用粘结剂将增强体粘结为规定形状的预制件 并置于金 属型腔内的合适位置 然后浇铸金属液并加压 使金属液填满预制 件间隙 待熔液凝固后便得到了金属基复合材料 实验中施加的压力可分为气体压力和液体压力两种 熔渗法可有效避免比重差 反应性和润湿性等因素的干扰 通过控 制熔渗时的温度 压力太原理工大学硕士研究生学位论文4来制得高 品质的复合材料 19 2 无压熔渗 无压熔渗是指将合金加热熔化 在无压的条件下使合金液填满预制 体孔隙 在该工艺具有操作简单 设备低廉的优点 但受到环境气体 颗粒 大小和环境温度的局限 文献 20 利用助渗剂使得铝熔液自发渗透到增强颗粒内部得到复合 材料 文献 21 将铝熔液无压渗透到带有孔隙的SiCp预制体中来获得复合 材料 1 1 3 3粉末冶金法粉末冶金法是将金属基体粉末与增强体粉末按照 一定的比例混合 然后热压成形与烧结同步完成 或冷压 烧结同 步完成 该工艺较为成熟 可直接用复合材料制备零部件 该方法中 金属基体粉末与增强体粉末在高能球磨机中混合 因此 粉末会发生变形 破碎 基体粉末会冷焊成团 增强体粉末会钉扎 到基体粉末上 使混合粉末储存了较高的能量 容易得到增强颗粒 分布均匀 晶粒细小的高性能复合材料 22 粉末冶金法可获得基体颗粒和增强体颗粒任意配比的复合材料 且 其具有成形温度低 无界面反应的优点 因此其制备的成品耐磨 耐热且密封性高 该工艺具有工艺相对复杂 设备要求高 颗粒难以混合均匀 孔隙 率高等缺点 但可以通过二次加工来提高其力学性能 1 1 3 4喷射沉积法喷射沉积法是在1970年由英国的Singer教授正式 公布的 23 其工艺过称为首先使SiCp和惰性气体通过流化床获得两者混合的二 相流 接着利用导管将二相流以一定速度和喷射角度喷入雾化室基 体液滴的流束中 并和基体熔液同时沉积得到复合材料 增强颗粒的大小和体积分数在该工艺中都不受限制 且由于增强颗 粒与基体熔液接触时间短 不易发生有害界面反应 此外该工艺具 有雾化沉积 快速凝固的特点 因此该工艺可获得界面接触良好 晶粒细小的复合材料 24 但该工艺也存在原材料损失大 设备昂贵和孔隙率高的缺点 25 目前 此方法已经制备出的复合材料有8090 SiC 6061 SiC Al Ti SiC和Al Li SiC等复合材料 26 1 1 3 5原位复合法原位复合法是指在基体合金中元素之间或元素化 合物间发生化学反应 化合反应或者是氧化还原反应 生成一种 或多种高硬度的增强相 从而形成高强度的复合材料 由于原位反应中生成高硬度增强相分布均匀 且为亚微米及甚至更 细小的纳米级 因此获得的铝基复合材料具有较高的机械性能和耐 磨性能 Premkumar和Koczak按照反应太原理工大学硕士研究生学位论文5物 的相进行分类 分为液 液 液 固 液 气等原位复合法 在此基础上 原位复合法主要分类为 1 自蔓延高温合成法 又名SHS Self propagating High temperature Synthesis 该工艺的基本原理是含有增强相组分的原料与金属粉末混合 并压 制成型 然后在真空环境或惰性气流的环境中加热点燃 使组分间 发生化学反应 化学反应生产的热量将其余组分点燃 直至原料全 部反应 自蔓延高温合成法可生成亚微米级TiB 2 TiC SiC Al3O2等作为基体中的增强相 该工艺具有能耗低 物耗低 设备简易 生产周期短 生产效率高 产物纯度高的优点 2 放热弥散法 又名XD或Exothernic Dispersion 该工艺是在1983年由美国学者Martin Marietta在SHS的基础上改进而来的 27 该工艺的基本原理是把混合均匀的含有增强相组分的原料和金属基 粉末冷压或热压成形 然后预热试样到高于基体熔点而低于增强相 熔点的温度 使各组分间发生放热反应 生产弥散分布且尺寸细小 的增强相 该工艺生成的增强相形貌可控制且热力学稳定 3 气液固反应法 又名VLS Vapour LiquidSolid 该工艺是将合适温度的H2和CH4混合气体通过气体 分散体系后穿过Al Ti熔体 在该过称中Ti和C反应生产TiC TiN Al AlN Al HfC Al NbC Al SiC Al Si TaC Al和TiC Al复合材料都可由该工艺制得 该工艺具有连续性好 成本低 反应后熔体可进一步成形的优点 但也存在反应温度高 1200 1400 颗粒体积分数低 15 的缺点 4 反应喷射沉积法 又名RSD Reaction SprayDeposition 该工艺是指在氧化环境中利用特殊的液体喷射分散装置将铝液分散 成大量细小的液滴同时液滴表面被氧化成Al3O2 由于液滴会相互碰撞 因此Al2O3薄膜碎裂 同时铝液迅速冷却凝固 从而形成Al2O3颗粒增强铝基复合材料 该工艺可获得增强颗粒体积分数较高的复合材料 并且增强颗粒分 布均匀 粒径可控制 此外由于氧化反应产生大量热 因此该工艺 耗能低 但该工艺复杂 成本高且不利于最终成型 5 混合盐反应法 又名LSM London ScandinavianMetallurgy 该工艺是将K2TiF6和KBF4的混合盐直接加入铝熔体中 混合盐在铝 熔体的高温环境中反应生成的TiB2颗粒来作为增强颗粒 通过该工艺可获得增强颗粒分布均匀 性能优良 28 的铝基复合材 料 太原理工大学硕士研究生学位论文61 1 4铝基复合材料的研究现状 及应用1 1 4 1铝基复合材料的研究现状不同工艺制备的不同基体和 不同体积分数SiCp增强的铝基复合材料的各项力学性能如下表1 2所示 从表中我们可以看出 复合材料的弹性模量 屈服强度和抗拉强度 随着增强体体积分数的增加逐渐增加 而延伸率却随着增强体体积 分数的增加逐渐下降 此外 增强体颗粒的加入会显著提高铝基复合材料的耐蚀性 耐磨 性和阻尼性能 通常情况下挤压可大大提高粉末冶金法制备的铝基复合材料的各项 力学性能 表1 2不同工艺 基体合金和SiCp体积分数制备的铝基复合材料的各项力 学性能Table1 2Mechanical propertiesofthealuminum based positeswith differentmatrixalloyand volumefractionby variousprocesses制备工艺铝基体 增强体弹性模量 GPa屈服强度 M Pa抗拉强度 MPa延伸率 普通铸造A3567620522066061694765242070 757250548510无压渗透A356 10 SiCp812833030 6A356 15 SiCp9032 43310 3A356 20 SiCp973313520 4粉末冶金6061 20 SiCp974154986 6061 20 SiCw12044058546061 30 SiCw1405707952喷射沉积7075 15 SiCp9555660137049 15 SiCp9059864327090 29 SiCp1056657352以 上各工艺制备而成的复合材料均为T6热处理后的 粉末冶金法制备 复合材料为热挤压过的 太原理工大学硕士研究生学位论文71 1 4 2铝基复合材料的应用由 于具有弹性模量 比刚度和比强度高等优良的机械性能 同时还具 有耐磨 耐腐蚀 耐热等优点 近年来颗粒增强铝基复合材料应用 在汽车制造 航空 兵器装备 电子封装和光学器材等领域 1 在汽车制造领域中的应用 铝基复合材料早在20世纪80年代就被丰田公司应用于汽车的连杆和 活塞抗磨环等汽车零部件的制造 之后美国Duralean公司研制出了SiCp增强铝基复合材料制备的刹车 盘 该刹车盘不仅质量轻 质量只有传统刹车盘的一半 并且耐 磨 噪音小 散热快 之后该公司用SiC颗粒作为增强颗粒制备了耐磨性高 热膨胀系数低 散热快 高温稳定性强的汽车发动机活塞和机械性能优良 耐磨 性较强的汽车齿轮箱 现如今 铝基复合材料广泛的应用于刹车转子 刹车垫板 摇臂和 驱动轴等汽车零部件的生产制造中 2 在航空航天领域的应用 美国研制成功了25 SiCp增强的以6061合金为基体的复合材料 该材 料用来制造航空器材的导槽和角材 与传统材料相比 该复合材料 的弹性模量提高了65 而质量却降低了17 美国DWA公司和英国AMC 公司的EC 120和EC 135直升机旋翼是由刚度更高 寿命更长的SiC Al复合材料制备的 DWC公司用Cr Al复合材料制造的卫星导波管不仅比石墨 环氧树脂制 备的轻30 而且热膨胀系数低 导电性能优良 Cereast公司开发 的20 VolSiC A357复合材料制作的飞机摄像镜方向架不仅生产成本 低 质量轻 而且导热性能好 NASA用C Al复合材料制作了航天飞 机20m长的货舱架 29 3 在兵器装备中的应用 上世纪70年代美军将Al2O3 A206复合材料应用到了坦克履带板的制 造中 使其质量由铸钢制造的544 680kg下降到272 362kg 同时美军还将SiC Al复合材料用作制造鱼雷水雷外壳 舱板 和船舶结构体等 4 在电子封装和光学器材中的应用 SiC颗粒增强铝基复合材料由于导热性能好 密度低且热膨胀系数低 的特点 在电子领域和光学器材中应用广泛 上世纪90年代 一些发达国家开始了SiCp Al复合材料在电子封装领 域的应用 之后 美国成功研制出了C Al Sip Al SiCp Al等电子封装材料 解决了电子元件散热问题 近年来 60 75 SiCp Al复合材料广泛应用于电子封装领域 铝基复合材料在光学器材和精密仪器领域用来制造惯性导航系统的 精密零件 激光太原理工大学硕士研究生学位论文8镜 陀螺仪 望 远镜支架 红外观测镜 反射镜 和副镜等 5 其它应用 在核工业方面 由于B4C能够吸收中子 因此B4C作为增强体的材料 被用于核废料的存贮 此外 星载大功率多工作器 电线 电缆 除冰系统 空间遥感器 镜筒和输电导线中也用到了铝基复合材料 1 2半固态搅拌法制备颗粒增强铝基复合材料中存在的问题1 2 1增 强颗粒与铝基体的润湿性问题在铝基复合材料中 增强颗粒在铝基 体中的分布状况以及两者的结合状况都将影响材料的综合性能 而 润湿性决定了增强颗粒在铝基体中的分布状况以及两者的结合状况 润湿性是指液体在固体表面自动展开的能力 润湿程度可由润湿角 来直观的表示 润湿性差一方面是由材料本身的属性决定的 例如陶瓷材料与金属 材料 SiC与金属铝间的润湿性都比较差 另一方面 所添加的增强材料表面都附着有氧化物 有机物 吸附 气体等 这些附着物会减弱增强材料与基复合材料间的润湿性 一般来说 提高润湿性的方法有以下几种 1 添加活性元素 通常加入Mg Ti Gr Ni Zr Ca Nb V和P等元素来减弱液体表 面张力 促进熔融金属与增强体间的结合 从而改善润湿性 其中Mg元素对SiCp增强铝基复合材料的润湿性有明显的改善 一方面 Mg会与SiC颗粒发生化学反应 在SiC颗粒表面生成了尖晶 石 MgAl2O4 降低了SiC颗粒与铝液的界面能 另一方面 Mg和SiCp表面吸附的O2反应 生成MgO 这样便可减薄Si Cp表面吸附空气的厚度 降低颗粒团聚的几率 但Mg的加入也会降低铝熔液的流动性 30 31 2 增强颗粒表面涂覆 金属基复合材料的基体一般为金属 而增强体一般为陶瓷 而金属 与陶瓷的润湿性差 因此 可以在陶瓷材料的表面包裹与熔融金属液润湿性好的金属涂 层来促进增强体与基体合金间的润湿性 常见的涂敷材料有Ni Cu Ag Gr 常用的涂敷技术有化学气相沉积法 等离子气相沉积法 溶胶 凝胶法 电镀粘结法和等离子喷涂法 3 增强颗粒表面预处理 通常采用高温加热 真空处理 激光处理和超声波震荡等方法对增 强体颗粒进行表面预处理 可除去增强体颗粒表面的水分 有机物 及吸附气体 以改善润湿性 SiC颗粒表面经常会附着氧气 O2 水 H2O 和有机物 C mH n 太原理工大学硕士研究生学位论文9而这些附着物会和铝液发 生以下一些反应32221 43 Al O Al g O l 1 1 3 21 23Al322H rOAlgOH l 1 2 2342334HnC AlmHC Almnm 1 3 反应的生成物Al4C3是易水解的脆性相 会降低复合材料的各项力 学性能 反应产生的H2会使铸锭中出现气孔 增加复合材料的铸造 缺陷 而将SiC颗粒加热到1000 并保温一定的时间能够除去增强体表面的 附着物 再加入熔融铝液后可改善润湿性 4 化学药品清洗 在超声震动环境中用丙酮 酸或者碳酸钠等盐溶液能够清除增强体 表面氧化物和有机物 改善增强体与基体的润湿性 5 改进复合工艺 首先 由于熔体温度较高 表面容易形成氧化膜 当增强体倒入熔体中时 增强体难免会被金属氧化膜包裹 氧化膜 会降低两者间的润湿性 因此可以在熔炼时通入氩气来减弱铝基体表层的氧化 还可以通过带有中空管道的搅拌器将增强颗粒加入熔体中 其次 可以通过超声震动来促进增强体与基体间的润湿性 1 2 2增强颗粒与铝基体的界面反应问题通常情况下 复合温度和铝 基体成分会影响复合材料的界面反应 1 复合温度 合适的复合温度对制备高品质的铝基复合材料具有很大的影响 复 合温度高时 严重的界面反应将使得复合材料中产生大量的脆性相 影响材料的力学性能 此外 温度过高时 熔体密度低 增强体容易产生上浮或下沉现象 影响增强体的均匀分布 当温度过低时 浆料粘度高 增强颗粒不易分散 容易引发团聚现 象 表1 3不同成分铝基体与SiC反应的界面产物Table1 3The interfacereaction productof aluminum matrix withdifferent ponentsand SiC铝合金基体界面产物Al Al4C3 SiAl Mg Al4C3 MgO MgAl2O4 MgAl2OAl Cu Mg CuMgAl2 MgO 2 铝基体成分 不同成分铝基体与SiC反应的界面产物见表1 3 从表中可以看出 本实验使用的ZL101和SiC会反应生成易水解的 脆性相Al4C3 该相会降低复合材料的抗拉强度和伸长率 但当基体合金中W Si 0 1时 可有效防止界面反应的进行 太原 理工大学硕士研究生学位论文10避免脆性相Al4C3的形成 32 33 本实验中所使用的ZL101中Si的含量为7 05 可避免大量脆性 相Al4C3的形成 1 2 3颗粒增强铝基复合材料的孔隙率问题利用搅拌铸造法制备铝基 复合材料时 孔隙率对铝基复合材料的力学性能有重要影响 通常情况下 孔隙的形成有以下6个原因 1 搅拌过称中形成的涡流容易把气体卷入 2 浇注过程中容易卷入气体 3 界面结合不良处易形成孔隙 4 团聚颗粒间易形成孔隙 5 空气易吸附于SiC颗粒表面 6 熔融的铝基体内会溶解一定量的气体 低孔隙率是制备高性能铝基复合材料的关键因素 34 以下列出常用的几种降低孔隙率的措施 1 改善基体与SiC的浸润性 具体方法可参考1 2 1 2 减少SiC颗粒表面吸附的气体 在SiCp加入铝液前 可将其加热到400 并保温2h来减少其表面气体 的体吸附量 3 减少外部气体的卷入 在惰性气体进行保护的气氛中进行熔炼 搅拌和浇注 减少有害气 体的卷入量 4 减少基体中气体的溶解 可在熔炼过称中通入保护性气体或真空熔炼 并在SiCp加入前进行 精炼来减少基体中气体的溶解量 1 3选题意义和研究内容1 3 1选题意义近年来 研究人员对SiCp增 强铝基复合材料有广泛的研究 朱刚等 35 卢健等 36 研究了SiC p粒径分别为10 15 m时铝基复合材料的微观组织 力学性能和耐磨性 王辉等 37 研究了SiCp粒径分别为20 50 m时铝基复合材料的微观组织 力学性能和耐磨性 周永欣等 3 8 研究了SiCp粒径分别为70 150 m时铝基复合材料的微观组织和耐磨性 结果表明 随着SiCp粒径的增大 其在复合材料中的分布将更加均 匀 在力学性能方面 随着SiCp粒径的增大 复合材料的抗拉强度 和伸长率都在减小 在耐磨性方面 随着SiCp粒径的增大 复合材 料的耐磨性提升 而增强颗粒粒径不固定 分散到10 100 m时铝基复合材料的机械性能到底如何 这方面的研究还少有 人问津 此外 众所周知Mg元素不仅能够提高复合材料的润湿性而且能够减 薄颗粒吸附气体厚度 39 但Mg对ZL101合金晶粒的细化作用 对基 体中共晶相的变质作用以及对复合材太原理工大学硕士研究生学位 论文11料力学性能的影响的研究甚少 因此 本实验研究Mg元素的加入和预制颗粒含量 增强颗粒粒径分 散到10 100 m 对ZL101基复合材料微观组织 力学性能和耐磨性的影响 1 3 2研究内容本文研究了不同体积分数的预制颗粒对复合材料微观 组织 力学性能和耐磨性的影响 以及在复合材料中添加3vol Mg 对ZL101合金晶粒的细化作用 对基体中共晶相的变质作用以及对复 合材料力学性能的影响 并对所制备的预制颗粒增强ZL101 ZL101 Mg基复合材料进行T6热处理 并研究热处理后复合材料的微观组织 力学性能和耐磨性 研究的主要内容如下 1 研究不同体积分数的预制颗粒对ZL101基复合材料微观组织 抗拉强度 伸长率和拉伸断口形貌的影响 并对变化进行分析讨论 2 研究不同体积分数的预制颗粒对ZL101 Mg基复合材料微观组织 抗拉强度 伸长率和拉伸断口形貌的影响 并对比Al SiC p ZL101复合材料和Al SiC p ZL101 Mg复合材料的微观组织 抗拉强度 伸长率和拉伸断口形貌 对变 化进行分析讨论 3 研究不同体积分数的预制颗粒对ZL101基复合材料耐磨性和磨 损表面形貌的影响 并对变化进行分析讨论 4 研究不同体积分数的预制颗粒对ZL101 Mg基复合材料耐磨性和磨损表面形貌的影响 并对变化进行分析讨 论 5 对比研究热处理前后Al SiC p ZL101复合材料和Al SiCp ZL101 Mg复合材料微观组织 抗拉强度 伸长率 拉伸断口 耐磨性和磨 损表面形貌 并对差异进行分析讨论 太原理工大学硕士研究生学位论文12参考文献 1 白芸 韩恩厚 谭 若兵等 铝基复合材料性能的研究现状 J 材料保护 xx 36 5 7 2 胡保全 先进复合材料 M 北京国防工业出版社 xx 1 13 3 益小苏 杜善意 张立同 中国材料工程大典第10卷 复合材料 M 北京化学工业出版社 xx 485 550 4 张玉龙 先进复合材料制造技术手册 M 北京机械工业出版 社 xx586 631 5 韩辉辉 王爱琴 谢敬佩 SiC和Si混合颗粒增强铝基复合 材料的研究现状 J 粉末冶金工业 xx 6 12 66 71 6 朵军 颗粒增强铝基复合材料的研究现状 J 青海科技研究与 开发 xx 4 58 59 7 王文明 潘复生 曾苏民等 碳化硅颗粒增强铝基复合材料 开发与应用的研究现状 J 兵器材料科学与工程 xx 27 3 61 67 8 Dubey S Srviatsan T s Soboyejo W O Fatigue crackpropagation andfracturecharacteristics ofin situ titanium matrixposites J International Journal ofFatigue 2000 22 161 174 9 Benjamin J S In situpreparation ofTitanium baseposites usinga powdermetallurgytechnique J Metall Trans 1970 1 2943 2951 10 刘德宝 崔春翔 AIN p Cu复合材料的热学性能 J 机械工程材料 xx 30 6 58 62 11 张文毓 铝基复合材