納米SiCp-A356復合材料的制備技術及組織性能研究.pdf

1、鋁基復合材料有質(zhì)量輕、比強度高，耐磨性好等優(yōu)異的性能，在航空、軍事以及汽車工業(yè)等領域受到越來越多的關注。目前，絕大多數(shù)金屬基復合材料（MMCs）的陶瓷顆粒增強相尺寸在微米級，一般來說，微米級增強顆粒的含量較高時，復合材料的韌性降低，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度，還可獲得較高的韌性。這種納米顆粒增強金屬基復合材料（MMNCs）已經(jīng)成為金屬基復合材料近年來的研究熱點。
　　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聚。為此，本文研究了 nano-SiCp增強 Al基復合材料的制備技術，結合干式高能球磨法、熔體超聲復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復合材料。首先將平均粒徑為40nm的SiC粉與微米級Al粉混合物干式高能球磨，制備出毫米級（粒徑在0.5~2mm之間） SiCp/Al復合顆粒

3、。然后將毫米級SiCp/Al復合顆粒加入到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)對復合材料的微觀組織和力學性能的影響。
　　干式球磨制備SiCp/Al復合顆粒的研究結果表明：轉速影響復合顆粒的形狀和尺寸，球料比主要影響復合顆粒的尺寸。球磨14

4、h過程中，轉速由180rpm增大到360rpm時，復合顆粒由細小的碎片狀向近球狀轉變。球料比由10:1減小到3:1時，球形復合顆粒的平均尺寸由1mm增大到1.5mm。當球磨混合粉末中納米SiC不超過4wt.%時，nano-SiCp在毫米級 SiCp/Al復合顆粒中能夠均勻分布。干式高能球磨過程中，毫米級SiCp/Al復合顆粒的形成過程可分為三個階段：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、寸達到毫米級，nano-SiCp嵌入Al基體內(nèi)部，微觀上彌散分布；nano-SiCp/Al復合顆粒成球，形貌和尺寸達到平衡。
　　毫米級nano-SiCp/Al復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，復合材料的晶粒和共晶硅尺寸較基體材料明顯減小。對復合材料熔體進行超聲振動能有效促進nano-SiCp在金屬熔體中的分散，同時細化了基體組織。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nano-SiCp的加入量達到2wt.%時，出現(xiàn)了1μm左右的小團聚。
　　超聲液態(tài)擠壓鑄造制備的nano-SiCp/A356復合材料的力學性能整體上優(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，復合材料抗拉強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