颗粒、短纤维Al2O3双相陶瓷/铸造铝合金复合材料研究——增强相预制件成形、挤压铸造制备技术及后续深冷处理对材料组织、力学性能的影响研究

摘要

采用以Al2O3颗粒及短纤维预先制备成其在易于发生高温分解的材料中呈三维分散分布的预制件,再通过挤压铸造的方法使ZL109合金熔融液浸渗到预制件Al2O3陶瓷相的间隙中结晶凝固的工艺技术,制备出了材质致密、增强相分布均匀的Al2O3颗粒及短纤维双相陶瓷增强的铸造铝合金复合材料。在此基础上进而研究了复合材料的力学性能及深冷处理对其组织与性能的影响。经XRD和TEM分析表明:深冷处理可以促进后续时效过程中Si相的析出,Si相的尺寸、数量及分布与深冷处理工艺有直接关系。Si相析出使基体合金固溶体的晶格常数缩小,同时发生择优取向。经对深冷处理前、后复合材料的力学性能及摩擦特性的测试分析,结果表明:深冷处理可以进一步提高复合材料的强度,但却使垂直于压铸方向上的表面硬度有所降低,而使沿压铸方向的表面硬度升高;Al2O3双相增强铝基复合材料的耐磨性显著优于基体合金,其与灰铸铁-HT250的相当。其磨损率随接触压力的增大而增加,随摩擦速度的增大而减小,但摩擦系数在稳定磨损阶段要小于基体合金。经深冷处理后的复合材料的耐磨性能较深冷前亦有提高。其磨损机制是粘着产生的剪切撕裂和摩擦面亚表层脆化产生裂纹共同导致的磨损面的破坏。

目录

摘要

ABSTRACT

前言

1 研究背景、目的及意义

1.1 铝基陶瓷复合材料的研究现状

1.1.1 铝基陶瓷复合材料的制备方法

1.1.2 铝基陶瓷复合材料的性能

1.1.3 铝基复合材料的应用

1.1.4 复合材料的界面行为研究

1.2 本课题研究的目的及意义

1.2.1 颗粒纤维双相增强铝基陶瓷复合材料制备工艺的研究

1.2.2 铝基陶瓷复合材料深冷处理工艺及机理的探索

1.2.3 铝基陶瓷复合材料性能的研究

2 主要研究内容及技术路线

3 实验内容及方法

3.1 铝基双相陶瓷复合材料的制备

3.1.1 增强相预制件的制备

3.1.2 复合材料的制备工艺流程

3.1.3 预制件挤压浸渗制备双相陶瓷增强铝基复合材料工艺控制

3.2 复合材料的热处理及深冷处理

3.2.1 热处理

3.2.2 深冷处理

3.3 铝基陶瓷复合材料力学性能的测试

3.3.1 硬度的测试

3.3.2 拉伸性能的测试

3.3.3 耐磨性能测试

3.4 组织结构观察

4 实验结果及分析

4.1 复合材料组织结构

4.1.1 金相显微组织

4.1.2 X 射线衍射分析

4.1.3 透射电镜分析

4.2 增强相/基体结合界面

4.3 力学性能测试结果及分析

4.3.1 硬度

4.3.2 拉伸性能

4.3.3 耐磨性能

4.3.4 磨损机理探讨

5. 关于深冷处理过程中的几个问题的探讨

5.1 体积收缩效应

5.2 硅相的长大与时效温度

6 结论

致谢

参考文献

作者在校学习期间撰写和发表的论文