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本文针对Al-SiO2体系,研究了原位Al2O3颗粒增强铝基复合材料的制备及其挤压铸造成形工艺。首先采用粉末冶金法对Al-SiO2体系在不同温度下的反应机理、产物转变及显微组织变化进行了研究。然后,在半固态区间通过机械搅拌加入SiO2粉末,利用熔体反应法制备了原位Al2O3颗粒增强铝基复合材料,最后采用挤压铸造工艺对所得复合材料进行成形。利用XRD、SEM、EDS、OM等仪器分析了复合材料试样的微观组织和相组成,生成颗粒的形貌、大小、分布等;讨论了Mg含量对Al-SiO2-Mg体系熔体原位反应产物的影响;通过测试复合材料的硬度和室温拉伸性能,分析复合材料的断裂行为,研究了不同尺寸的Al2O3颗粒对复合材料的强化效果,探讨了挤压铸造工艺对复合材料组织与性能的优化作用。粉末冶金法研究表明,Al-SiO2体系在620℃开始反应,但反应速度较慢,依赖原子的迁移与交换。850℃时Al与SiO2反应速度明显提高,保温过程中Al2O3颗粒会发生晶型转变和开裂,最终导致生成的Al2O3颗粒变得更为细小,分散也较为均匀。Al-SiO2体系在620℃和850℃时的反应产物虽然都是Al2O3,但其存在状态不同。620℃时生成的可能是非晶态的Al2O3;而850℃保温30min生成的是α-Al2O3。熔体反应法制备复合材料的研究表明,在铝熔体中加入5wt.%的SiO2粉末,当Mg含量为1wt.%时,反应产物以MgAl2O4为主,并存在少量Al2O3;当熔体中的Mg含量降低到0.3wt.%时,增强颗粒变为以Al2O3为主,同时伴有少量的MgAl2O4。熔体反应前所加入的原始SiO2粉末的形貌、大小对反应生成相的形貌、大小有着直接影响,增强颗粒基本保留了原始SiO2粒子的形貌特征。当加入30μm的SiO2粉末时,原位反应生成的Al2O3颗粒整体尺寸较大,此时大块Al2O3颗粒上能清楚地看到因产物体积收缩而造成的裂痕,这些裂痕为参与反应的原子提供了扩散通道。而当SiO2粉末尺寸为3μm时,反应生成的Al2O3颗粒则较为细小,约为3μm,颗粒上也能看到裂痕。挤压铸造工艺能改善铸件的表面成形质量,高压下凝固结晶强化了补缩效果,消除了铸件内部存在的孔洞等缺陷,使铸件组织更为致密。同时压力还会使树枝晶断裂,减少了粗大树枝晶的数量,使晶粒得到细化和近球化。比压越大,树枝晶越少,α相球化现象越明显。挤压力的增加,还能促进Al2O3颗粒的均匀分布,消除颗粒与孔洞的共存现象。含有平均尺寸约为30μm和3μm的Al2O3颗粒的铝基复合材料的硬度值分别为65.52HBW和58.46HBW,均高于Al-12.4Si基体。经60MPa的压力挤压铸造,内含增强颗粒平均尺寸分别为30μm和3μm的Al2O3p/Al复合材料的抗拉强度达到了162MPa和189MPa,伸长率分别为2.5%和3.1%,与重力铸造相比均有大幅提高。强化机制主要表现为第二相粒子强化和细晶强化。