本文以汽车、航空等工业领域常见的壳体零件为应用对象,利用Al-SiO₂反应体系设计出满足其强度、硬度等性能要求的原位α-Al₂O_3p/AlSi9Cu3复合材料,采用钨极氩弧熔覆与重熔稀释相结合的制备工艺,在高能超声辅助下成功解决了原位反应以及颗粒分散等技术问题,并对制备出的α-Al₂O_3p/AlSi9Cu3复合材料进行了挤压铸造成型研究。借助XRD、OM、SEM、TEM以及EDS等方法,分析了钨极氩弧熔覆工艺参数、超声作用条件、颗粒体积分数、挤压铸造压力以及T6热处理等对复合材料显微组织的影响,研究了α-Al₂O_3p/AlSi9Cu3复合材料的室温拉伸性能以及硬度,并简要探讨了α-Al₂O_3p/AlSi9Cu3复合材料的强化机制。通过高能球磨和轧制制备出组织致密的Al-SiO₂预制件,然后采用钨极氩弧熔覆工艺成功制备了α-Al₂O_3p/Al复合材料。随着电弧电流增大,原位反应程度逐步加深,生成的硅相分布更加均匀。120A电流下制备的α-Al₂O_3p/Al复合材料组织最佳,α-Al₂O₃颗粒尺寸约为500nm¹μm,分散均匀,生成的硅相呈短棒状沿晶界分布。借助高能超声在A356合金处于半固态时将α-Al₂O_3p/Al复合材料进行稀释,然后补加Cu、Si等元素配置AlSi9Cu3合金,最终成功获得了α-Al₂O_3p/AlSi9Cu3复合材料,颗粒尺寸均保持在500nm¹μm。当α-Al₂O₃颗粒体积分数不超过5%时,高能超声能使α-Al₂O₃颗粒有效分散于AlSi9Cu3基体,且超声最佳作用时间为5min,但重力浇铸的复合材料存在气孔缺陷。随着颗粒体积分数由0%增加至5%,基体中α-Al枝晶的二次枝晶臂间距由42.3μm减少到26.4μm,α-Al₂O₃颗粒对AlSi9Cu3基体起到了细化作用。对5vol.%α-Al₂O_3p/AlSi9Cu3复合材料进行挤压铸造表明,随着压力增大,α-Al₂O_3p/AlSi9Cu3复合材料组织愈发致密。压力为80MPa时,复合材料铸件中孔洞基本消除,基体α-Al枝晶的二次枝晶臂间距由26.4μm减小至16.8μm,共晶硅发生钝化,α-Al₂O₃颗粒在基体内的分布基本没有变化。T6热处理结果表明,复合材料铸态组织中粗大的共晶硅和骨骼状初生CuAl₂均出现了粒化、溶解等现象,最终析出θ-CuAl₂弥散强化相提升了复合材料的组织;挤压铸造对复合材料共晶硅的细化与T6效应叠加,优化了复合材料的组织。室温拉伸与显微硬度测试表明,80MPa压力下挤压铸造的5vol.%α-Al₂O_3p/AlSi9Cu3复合材料性能最佳,T6态抗拉强度达332MPa,伸长率为3.81%,硬度为133.7HV,相较于重力铸造T6态,分别提高了12.16%、57.44%、14.08%;与同条件基体相比,相应提高了12.16%,降低了5.08%,提高了7.65%。断口分析表明,铸态AlSi9Cu3基体和α-Al₂O_3p/AlSi9Cu3复合材料断裂方式主要为脆断;T6态后基体和复合材料断裂形式为韧-脆混合断裂以及韧性断裂两种方式。复合材料强化机制主要有颗粒强化、细晶强化、位错强化三种。