原位Al-22Si基復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計

2萬字 41頁 原創(chuàng)作品，獨家提交，已通過查重系統(tǒng)


摘要 本文以高硅鋁合金Al-22%Si為基體合金，以Al-Zr(CO3)2為反應(yīng)體系，利用熔體原位反應(yīng)法，制備了(Al2O3+Al3Zr)/Al-22%Si復(fù)合材料。利用金相顯微鏡、金相分析軟件、掃描電鏡、電子探針、X－射線衍射儀等多種現(xiàn)代分析手段，研究了復(fù)合材料的微觀組織、內(nèi)生增強顆粒特征及其力學(xué)性能。
實驗結(jié)果表明：所制備的原位復(fù)合材料中含有的增強體為初生Si、Al2O3和Al3Zr顆粒。初生Si的尺寸為20~25μm，Al2O3和Al3Zr的平均尺寸為1~3μm，顆粒偏聚程度較小。
對復(fù)合材料凝固組織的分析表明，實驗得出的最佳反應(yīng)條件為：反應(yīng)時間30min左右，起始反應(yīng)溫度為850℃±20℃，反應(yīng)物的添加量為不超過鋁液質(zhì)量的20％為宜，且水淬冷卻對材料凝固組織的細化效果最好。在不同的冷卻方式下，隨冷卻速度的提高，初生Si顆粒、Al2O3和Al3Zr的形貌趨于圓整、尺寸趨于變小；共晶硅的尺寸也變得更為細小。
力學(xué)性能實驗結(jié)果表明，隨顆粒體積分數(shù)的增加，(Al2O3+Al3Zr)/Al-22%Si復(fù)合材料的抗拉強度有顯著提高，而延伸率呈下降趨勢。當(dāng)反應(yīng)生成的顆粒體積分數(shù)達到11.2%時，該復(fù)合材料的抗拉強度為230.4MPa，較基體合金的149MPa提高了54.6%；同時伸長率由3.0%降低到0.9%。復(fù)合材料的斷口形貌分析顯示其斷裂機制為脆性斷裂。


關(guān)鍵詞：顆粒增強復(fù)合材料 原位熔體反應(yīng) 高硅鋁合金 凝固組織 力學(xué)性能