电磁分离法制备alsi合金自生梯度功能复合材料

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1、上海交通大学硕士学位论文电磁分离法制备Al-Si合金自生梯度功能复合材料姓名：刘向阳申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：许振明20050101摘要电磁分离法制备Al-Si合金自生梯度功能复合材料摘要电磁分离法是制备梯度功能复合材料的一种新方法其原理是在电磁力场作用下由于熔体中的初生相的导电性低于熔体熔体对初生相颗粒产生电磁斥力从而使初生相颗粒在熔体中做有规律的定向运动通过控制铸件的凝固过程温度场和初生相的运动可使初生相在铸件中呈现梯度分布从而获得自生梯度功能复合材料本文以过共晶Al-Si合金系为研究对象对电磁分离法制备Al-Si合金自生梯度功能复合材料进行了理论分析数值模拟和实验

2、研究对液态熔体中初生相颗粒的运动情况进行了理论分析得出了在电磁力场下不同形状浓度的初生相颗粒直径与颗粒速度的关系式分析了电磁力颗粒形状熔体粘度及合金浓度对颗粒运动速率的影响规律为初生相颗粒的梯度分布提供了理论依据建立了制备自生梯度复合材料过程中铸型内的温度场的模型计算结果与实验结果吻合较好结果表明铸型温度对冷却速率的影响较大而浇注温度对冷却速率的影响较小通过数值模拟和实验结果确定了制备自生梯度复合材料时过共晶Al-Si合金的浇注温度为85043铸型温度为200~600电磁力大小为3.4310N/m~7.754310N/m实验发现Al-5Ti-B的加入使过共晶Al-Si合金熔体中形成AlSi

3、和Ti的三元化合物该化合物的显著作用是阻碍初生硅颗粒的偏聚使增强相初生硅颗粒分布均匀但也可以作为新的自生增强相设计了一套电磁分离法制备梯度复合材料的实验装置成功地I摘要制备出具有初生硅增强的过共晶Al-Si合金梯度复合材料和初生相大小和分布不同的三层Al-22Si-3.9Ti-0.78B合金梯度复合材料关键词电磁分离梯度功能复合材料Al-Si合金梯度分布II摘要PREPARATIONOFINSITUAl-SiFUNCTIONALLYGRADIENTMATERIALSBYELECTROMAGNETICSEPARATIONMETHODABSTRACTElectromagneticseparat

4、ionmethodisanewwaytopreparefunctionallygradientmaterials(FGM).Intheelectromagneticforcefield,theprimaryphaseswhichhaslesselectricalconductivitythanthatofthemeltispushedbythemeltandwillmovetowardtheoppositedirectionoftheelectromagneticforce.Bycontrollingthesolidificationspeedofthecastandthemovevelo

5、cityoftheprimaryphases,aninsituFGMinwhichtheprimaryphasesshowagradientdistributioncanbeprepared.Inthepresentwork,hypereutecticAl-Sialloysisthemainsubject.TheproducingofinsituFGMisinvestigatedbytheoretical,experimentalanalysisandnumericalsimulation.Themainworkisasfollows:Themovementofprimaryphasein

6、themeltisanalyzedtheoretically.Thevelocityofidealparticlewithdifferentdiameterandconcentrationinelectromagneticforcefieldiscalculated.Theaffectionofelectromagneticforce,meltviscosity,particleshapeandalloycompositiontotheparticlevelocityisanalyzed.Theresultcanexplainthegradientdistributionofparticl

7、etheoretically.Simulatingtheprocessofalloysample,modelofnonlineartemperaturefieldisbroughtabout,thecalculatingresultsagreequitewellwithexperimentalresults.Theresultshowsthatduringtheprecipitationofprimaryphase,ch