Al63Cu25Fe12準(zhǔn)晶與鎂、鋁及其合金復(fù)合過程的研究.pdf

1、本論文在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“鋁銅鐵準(zhǔn)晶顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料”(項(xiàng)目編號(hào)：50071030)的資助下,開展了對(duì)Al63Cu25Fe12準(zhǔn)晶材料的制備和應(yīng)用的探索性研究。采用鑄造和霧化的方法制備Al63Cu25Fe12粉末,探索熱處理?xiàng)l件對(duì)粉末相變化的影響,制備出單一準(zhǔn)晶相組成的Al63Cu25Fe12準(zhǔn)晶粉末；研究Al63Cu25Fe12準(zhǔn)晶顆粒與熔融鎂合金和鋁合金的界面反應(yīng)機(jī)制以及反應(yīng)生成物、準(zhǔn)晶顆粒尺寸大小和體積份數(shù)對(duì)Al63Cu2

2、5Fe12準(zhǔn)晶與鎂、鋁及其合金的復(fù)合過程和材料的組織和性能的影響。為Al63Cu25Fe12準(zhǔn)晶顆粒鎂基/鋁基復(fù)合材料的理論研究和實(shí)際應(yīng)用打下基礎(chǔ)。采用鑄造后球磨和惰性氣體霧化兩種方法制備了Al63Cu25Fe12準(zhǔn)晶材料,通過熱處理成功地制備了幾乎單一準(zhǔn)晶相組成的Al63Cu25Fe12準(zhǔn)晶粉末。研究了塊狀A(yù)l63Cu25Fe12準(zhǔn)晶材料與熔融鎂合金/鋁合金的界面反應(yīng)機(jī)制。采用不同的復(fù)合材料制備方法探索制備準(zhǔn)晶顆粒鎂基和鋁基及其合金的

3、復(fù)合材料的有效途徑、過程中的組織和相的變化等。分析了各種制備方法下準(zhǔn)晶對(duì)復(fù)合材料組織和性能的影響。本文的主要內(nèi)容如下：試驗(yàn)表明,真空環(huán)境下在中頻中冶煉和澆鑄的Al63Cu25Fe12準(zhǔn)晶材料凝固得到的鑄態(tài)組織為多相結(jié)構(gòu),主要由Icosahedral +λ-Al13Fe4+β-AlFe(Cu) +τ-AlCu(Fe)組成,而且將會(huì)按照λ相、β相、準(zhǔn)晶I相和τ相的次序順次析出。冷卻速度對(duì)鑄態(tài)組織相的組織和形態(tài)有著重要的影響,直接影響到凝固組

4、織中準(zhǔn)晶相以及先析出λ相的形態(tài)和最終在材料中的含量。霧化法制得的粉末中相的組成遠(yuǎn)比鑄態(tài)組織要簡(jiǎn)單,準(zhǔn)晶含量比鑄態(tài)粉末高,粉末中除了準(zhǔn)晶I相外,還存在β或τ相以及少量的λ、ω-Al7Cu2Fe。而且不同的粒度的Al63Cu25Fe12霧化粉末中相的相對(duì)含量也不同。隨著粉末粒度的細(xì)化,霧化粉末中準(zhǔn)晶的相對(duì)含量增加。熱處理后,β(τ)迅速降低,準(zhǔn)晶I相增加。熱處理溫度是影響Al63Cu25Fe12霧化粉末中準(zhǔn)晶含量的主要因素,-200目的粉末

5、在850℃下保溫12小時(shí)可以得到幾乎單一的準(zhǔn)晶相組成。在采用攪拌鑄造的方法將Al63Cu25Fe12準(zhǔn)晶和AZ80、AZ91復(fù)合時(shí), Al63Cu25Fe12準(zhǔn)晶顆粒將與熔融的基體金屬M(fèi)g之間發(fā)生嚴(yán)重的反應(yīng),準(zhǔn)晶相逐漸失穩(wěn),釋放出游離態(tài)的Cu,隨后擴(kuò)散至基體中,同時(shí),基體元素Mg向顆粒中擴(kuò)散,占據(jù)Cu所留下的位置。在隨后的冷卻凝固過程中,擴(kuò)散至基體中的Cu部分固融于基體中,部分與基體金屬中的Al發(fā)生脫熔沉淀反應(yīng)：αAl + Cu→θ-