納米SiCp-A356復(fù)合材料的制備技術(shù)及組織性能研究.pdf

1、鋁基復(fù)合材料有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高，耐磨性好等優(yōu)異的性能，在航空、軍事以及汽車工業(yè)等領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注。目前，絕大多數(shù)金屬基復(fù)合材料（MMCs）的陶瓷顆粒增強(qiáng)相尺寸在微米級(jí)，一般來說，微米級(jí)增強(qiáng)顆粒的含量較高時(shí)，復(fù)合材料的韌性降低，而向基體中加入少量的納米陶瓷顆粒（通常在2wt.％以下），不僅能顯著提高材料的強(qiáng)度，還可獲得較高的韌性。這種納米顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料（MMNCs）已經(jīng)成為金屬基復(fù)合材料近年來的研究熱點(diǎn)。
　　然而，納

2、米顆粒與金屬熔體的潤濕性差，很難加入金屬熔體，并且納米陶瓷顆粒在金屬熔體中很容易團(tuán)聚。為此，本文研究了 nano-SiCp增強(qiáng) Al基復(fù)合材料的制備技術(shù)，結(jié)合干式高能球磨法、熔體超聲復(fù)合法和擠壓鑄造成形制備出了nano-SiCp為0.5wt.%、1wt.%和2wt.%的nano-SiCp/A356復(fù)合材料。首先將平均粒徑為40nm的SiC粉與微米級(jí)Al粉混合物干式高能球磨，制備出毫米級(jí)（粒徑在0.5~2mm之間） SiCp/Al復(fù)合顆粒

3、。然后將毫米級(jí)SiCp/Al復(fù)合顆粒加入到700℃以上的Al-Si合金熔體熔化稀釋，最后在液態(tài)、超聲液態(tài)、超聲半固態(tài)三種成形工藝下擠壓鑄造成形。主要研究了干式高能球磨參數(shù)對 SiCp/Al復(fù)合顆粒的形貌和尺寸、nano-SiCp分布情況的影響，研究了不同成形工藝和工藝參數(shù)對復(fù)合材料的微觀組織和力學(xué)性能的影響。
　　干式球磨制備SiCp/Al復(fù)合顆粒的研究結(jié)果表明：轉(zhuǎn)速影響復(fù)合顆粒的形狀和尺寸，球料比主要影響復(fù)合顆粒的尺寸。球磨14

4、h過程中，轉(zhuǎn)速由180rpm增大到360rpm時(shí)，復(fù)合顆粒由細(xì)小的碎片狀向近球狀轉(zhuǎn)變。球料比由10:1減小到3:1時(shí)，球形復(fù)合顆粒的平均尺寸由1mm增大到1.5mm。當(dāng)球磨混合粉末中納米SiC不超過4wt.%時(shí)，nano-SiCp在毫米級(jí) SiCp/Al復(fù)合顆粒中能夠均勻分布。干式高能球磨過程中，毫米級(jí)SiCp/Al復(fù)合顆粒的形成過程可分為三個(gè)階段：大量nano-SiCp粉吸附或鑲嵌在 Al粉表面，混合粉末宏觀上均勻混合；Al粉焊合，尺

5、寸達(dá)到毫米級(jí)，nano-SiCp嵌入Al基體內(nèi)部，微觀上彌散分布；nano-SiCp/Al復(fù)合顆粒成球，形貌和尺寸達(dá)到平衡。
　　毫米級(jí)nano-SiCp/Al復(fù)合顆粒極大地改善了nano-SiCp與金屬熔體的潤濕性，使nano-SiCp很容易加入液態(tài)鋁合金中。加入nano-SiCp后，復(fù)合材料的晶粒和共晶硅尺寸較基體材料明顯減小。對復(fù)合材料熔體進(jìn)行超聲振動(dòng)能有效促進(jìn)nano-SiCp在金屬熔體中的分散，同時(shí)細(xì)化了基體組織。絕大部

6、分nano-SiCp比較均勻地分布在共晶組織中，少量nano-SiCp十分均勻地分布在晶粒內(nèi)部。當(dāng)nano-SiCp的加入量達(dá)到2wt.%時(shí)，出現(xiàn)了1μm左右的小團(tuán)聚。
　　超聲液態(tài)擠壓鑄造制備的nano-SiCp/A356復(fù)合材料的力學(xué)性能整體上優(yōu)于液態(tài)擠壓鑄造和半固態(tài)擠壓鑄造。三種制備工藝下，隨成形壓力的增加，復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度和延伸率逐漸提高，200Mpa成形壓力之后不再明顯變化。隨 nano-SiCp含量的增加，無壓力成形時(shí)