高能超聲輔助鑄造Al-Cr-Al原位復合材料研究.pdf

1、鋁基復合材料具有比強度高,比剛度高,高溫性能好,阻尼性能好,熱膨脹系數(shù)低等優(yōu)越性能,因此備受材料研究者的關(guān)注。鋁基復合材料的制備方法分為兩類,外加法和原位自生法。原位自生的鋁基復合材料,增強相與基體的相容性較好,界面干凈,無污染,粒子相對細小,并解決了界面反應(yīng)及顆粒與基體之間潤濕性等問題,因而受到更多的青睞。近年來,研究者們利用高能超聲在金屬或合金熔體中傳播時將產(chǎn)生聲空化和聲流等非線性效應(yīng),來達到細化晶粒、均勻組織和促進反應(yīng)等目的。

2、r>　　本文將高能超聲輔助技術(shù)與原位反應(yīng)結(jié)合,利用Cr在高溫下和Al反應(yīng)生成金屬間化合物,并均勻的分布在基體鋁中,以此來增強純鋁的性能。采用正交試驗的設(shè)計來探索制備Al-Cr金屬間化合物/Al原位復合材料的最佳工藝參數(shù)。然后對制備的復合材料進行SEM、XRD、EDS分析,力學性能(顯微硬度、耐磨性、拉伸性能、壓縮性能、彎曲性能)、物理性能(阻尼性)以及化學性能(高溫氧化性和耐腐蝕性)進行測試,最后從高能超聲輔助鑄造制備復合材料的作用和A

3、l-Cr/Al原位復合材料性能增強兩個方面進行機理研究,得到以下結(jié)論:
　　(1)通過高能超聲振動輔助鑄造法成功制備了Al-Cr/Al原位復合材料;Al-Cr金屬間化合物增強顆粒呈不規(guī)則多邊形狀,顆粒細小,與基體結(jié)合較好,界面清潔,均勻分布在基體中;增強相的體積、分布與鉻粉粒徑大小有一定的關(guān)系,當鉻的粒徑為75μm時,增強相的大小一致,分布最均勻。Al-Cr形成的金屬間化合物種類較多,Al和 Cr首先生成Al0.983Cr0.01

4、7金屬間化合物,隨著Cr含量的增加,反應(yīng)生成Cr、Al比例更高的化合物,隨著溫度的升高,有利于更穩(wěn)定、性能更好的化合物生成,這些金屬間化合物會相互擴散,最終形成混合增強相,并保持其中的Al、Cr的原子比例不變;由于這種混合相中的晶體結(jié)構(gòu)類型不同,在復合材料中的體積不同,對復合材料性能的影響有一定差異。
　　(2)Al-Cr金屬間化合物增強體對Al的增強效果很明顯,復合材料的力學性能(顯微硬度、耐磨性、壓縮性能)、物理性能(阻尼性)

5、以及化學性能(耐腐蝕性)相比于工業(yè)純鋁,均得到很大程度上的提高。其中,復合材料的顯微硬度最高提高了2.4倍,耐磨性提高了61.8倍,抗壓強度δbc明顯提高了3.1倍,阻尼性提高了25.7倍,耐腐蝕性提高了2.2倍。由于復合材料中的脆相生成,金屬間化合物晶粒不易產(chǎn)生滑移,復合材料的抗拉強度δb和抗彎強度δbb降低了。復合材料與純鋁一致,均具有良好的抗高溫氧化性。
　　(3)高能超聲在熔體中傳播時會產(chǎn)生聲空化、聲流、熱效應(yīng)等一系列次級