内生颗粒增强铝基复合材料的组织优化与力学性能研究

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1、江苏大学硕士学位论文摘要本文开发A356-Zr(C03k、A356-K2ZrF6及AI．ZrSi04反应体系，采用熔体原位反应法成功地制备Y(A1203+A13Zr)p／A356、A13Zr／A356及(A1203+A13Zr)p／AI复合材料。研究了所制备的复合材料的相组成、凝固组织及力学性能；同时研究了原位铝基复合材料凝固组织的优化方法，并分析了不同优化工艺对原位铝基复合材料微观组织及力学性能的影响规律。X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)分析表明：A356-Zr(C03)

2、2体系原位生成的增强颗粒为A1203和A13Zr，颗粒尺寸在3～40m，且弥散分布于A356基体中；A356-K2ZrF6体系原位生成的增强颗粒为A13zr，颗粒大小为5～7ttm，同时颗粒与界面结合良好；AI．ZrSi04体系原位生成的增强颗粒为A1203和舢3zf，颗粒尺寸在2～41am，颗粒均匀分布于基体中。不同凝固组织优化工艺对原位铝基复合材料凝固组织的影响的研究表明，对～一ZrSi04体系原位合成复合材料熔体施加脉冲磁场，使得原位合成的增强颗粒比未施加磁场时变得细小，且更均匀分布于基体中。同时，

3、随着脉冲磁场强度的增大，原位合成的增强颗粒更加细小，分布的更均匀。脉冲磁场作用时间对增强相的颗粒体积分数和大小有很大影响，最佳作用时间为15～20min。对A356-Zr(C03)2体系原位合成复合材料熔体进行微量sr变质处理，使得原位复合材料中的增强颗粒更细小，且均匀分布在基体中，同时微量sf的加入使基体A356的Si相形貌，由粗针状变为细小的颗粒状，同时使得～3zr、舢203颗粒均匀分布在基体中。对A356一K2ZrF6体系原位合成复合材料熔体进行快速凝固，使得～3zf颗粒尺寸减小至2-4pro，且颗

4、粒易于被凝固前沿的枝晶所捕获，分布更均匀，同时高的冷却速率使复合材料基体A356合金的共晶组织细化。对A356-Zr(C03_12体系生成的复合材料进行不同温度及不同次数的重熔，结果表明，随着重熔温度的提高，重熔组织中内生颗粒的分布更均匀，形态趋于圆钝化，但过高温度的重熔导致了局部颗粒的粗化，最佳的重熔温度为850。C。随着重熔次数的增加，凝固组织中的颗粒分布更均匀，颗粒的尺寸更细小，颗粒的形态更圆整，但当重熔次数过多时，颗粒体积分数出现明显减少，因此选择5次重熔为最佳的重熔次数。对A356-Zr(C03

5、12体系制备复合材料熔体进行高能超声处理，使得原位增强颗粒的尺寸小于2ttm，且均匀分布在江苏大学硕士学位论文A356基体中。同时高能超声使得复合材料的基体A356合金中共晶si显著细化，呈颗粒状。复合材料的力学性能研究表明，脉冲磁场作用下，AI．ZrSi04体系原位合成的(A1203+A13Zr)dAl复合材料的抗拉强度随着脉冲磁场强度的增大而升高，同时抗拉强度在脉冲磁场作用时间适中时达到最大值。微量sr的变质处理，使得A356-Zr(CO，112体系原位合成的(A1203+A13Zr)dA356复合材

6、料的抗拉强度提高了14％。单辊旋淬快速凝固使得A356．K2ZrF6体系原位合成A13Zr／A356复合材料的平均显微硬度比常态下凝固的复合材料提高了22％。A356-Zr(C03)2体系原位生成的(A1203+A13Zr)v／A356复合材料的抗拉强度随着重熔温度的提高以及重熔次数的增加而增大，但过高温度以及过多次数的重熔导致了复合材料抗拉强度的下降。A356-Zr(C03_12体系原位反应生成的(A13zr+～20：I)p／A356复合材料熔体经过高能超声处理后抗拉强度比未加高能超声处理的复合材料提高

7、了近20％。关键词：铝基复合材料；原位合成；凝固组织：力学性能Ⅱ江苏大学硕士学位论文Abstract(A1203+AIsZr)p／A356、A13Zr／A356and(A1203+A13Zr)p／AIcompositeshavebeensuccessfullysynthesizedbydirectmeltreactionmethodfromthesystemofA356-Zr(C03)2、A356-．K2ZrF6andAI-ZrSi04respectively．Thephasecomposition、mi

8、crostmctureandmechanicalpropertiesareinvestigated．Thewaysforoptimizingthemicrostructuresofthein-situaluminummatrixcompositesarestudied．Inadditional，theeffectsofthevariationoptimizationprocessonthemicrostructureandme