论文摘要
高硅铝合金具有质轻、高强、耐磨、耐热及热膨胀小等优点,在机械、电子封装以及航空航天等领域得到了广泛的应用。高硅铝合金的性能在很大程度上取决于初晶硅和共晶硅的形态、大小及分布。添加变质剂对初晶硅和共晶硅进行变质和细化处理,是获得低成本高性能高硅铝合金的有效途径。随着高硅铝合金变质工艺向着高效、环保的方向发展,研究开发集变质与细化为一体的中间合金,已成为未来发展的趋势。为此,本课题首先在原有AlTiCCe变质剂基础上,研制出兼有变质与细化效果的新型高效复合变质剂--AlTiCCeP中间合金,并在铸态下（石墨铸型）,利用该中间合金将复合变质处理与熔体温度处理相结合,配合OM、XRD、SEM和EDX等测试手段,就化学变质、熔体混合和熔体过热等处理工艺对Al-20%Si合金中初晶硅和共晶硅形态、大小及分布的影响进行了研究,并就初晶硅尺寸对Al-20%Si合金硬度及摩擦磨损性能的影响进行了探讨。研究结果表明,以六偏磷酸钠为磷盐,并与石墨粉及氧化铈一起添加,保温时间为30min时,可制备出含AlP、TiC、TiAl3以及稀土复合相等物相,对高硅铝合金具有良好变质和细化效果的AlTiCCeP中间合金。当AlTiCCeP中间合金的加入量分别为0.05%和0.07%（以含磷量计算）时,能使Al-20%Si和Al-30%Si合金中的初晶硅平均尺寸分别细化到30μm和481μm,共晶硅都变成点状或短杆状。熔体混合处理结果表明,将未经变质处理,温度分别为900℃和580℃的Al-2O%Si合金熔体进行混合处理,可将初晶硅的平均尺寸细化到72μm。把未经变质处理,温度分别为580℃和900℃的Al-10%Si和Al-30%Si合金液按质量比1：1混合时,初晶硅平均尺寸可减小至37μm。熔体过热处理结果表明,把经AlTiCCeP中间合金变质后的Al-20%Si熔体过热到900℃,初晶硅能够进一步被细化,平均尺寸约为26μm,且共晶硅为短杆状；但过高的过热温度会使铝液烧损严重,氧化夹杂增多。熔体温度处理与复合变质处理相结合的结果表明,先将经AlTiCCe与P双重变质处理后的Al-10%Si和Al-3O%Si进行熔体混合处理,可获得平均尺寸为30μm的初晶硅,再把混合后的熔体过热到900℃,初晶硅会进一步被细化,平均尺寸仅为10μm,共晶硅形貌由粗大针状变为短小纤维状或者细小颗粒状。摩擦磨损和硬度试验结果表明,Al-20%Si合金的硬度随初晶硅尺寸的减小而增大,摩擦系数与磨损量则随初晶硅尺寸的减小而减小,其磨损机制以磨粒磨损为主,且都伴有一定的粘着磨损。
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摘要Abstract第一章 引言1.1 课题研究背景及意义1.2 高硅铝合金的组织特点1.3 高硅铝合金中硅相的变质方法1.3.1 化学处理法1.3.2 物理处理法1.4 本课题的主要研究内容及特色1.4.1 本课题的主要研究内容1.4.2 本课题的特色第二章 试验方法与设备2.1 试验材料与设备2.1.1 试验用材料2.1.2 试验采用设备及型号2.2 不同含硅量铝合金的制备工艺2.3 AlTiCCeP中间合金的制备方法2.3.1 方案A（先加六偏磷酸钠）2.3.2 方案B（后加六偏磷酸钠）2.4 变质处理和熔体温度处理工艺参数2.4.1 Al-20%Si合金的变质处理工艺参数2.4.2 Al-20%Si合金的熔体过热处理工艺参数2.4.3 Al-30%Si合金的变质处理工艺参数2.4.4 熔体温度处理工艺参数2.5 微观组织及相组成分析2.5.1 金相试样的制备及组织分析2.5.2 X射线衍射分析2.5.3 扫描电镜及能谱分析2.6 布氏硬度检测2.7 摩擦磨损试验第三章 AlTiCCeP中间合金的制备工艺及其优化3.1 磷盐添加方式对AlTiCCeP中间合金显微组织的影响3.1.1 先加六偏磷酸钠对AlTiCCeP物相组成及显微组织的影响3.1.2 后加六偏磷酸钠对AlTiCCeP物相组成及显微组织的影响3.2 磷盐添加温度对AlTiCCeP中间合金显微组织的影响3.3 正交试验及结果分析3.3.1 因素水平表3.3.2 正交试验及结果分析3.3.3 最佳工艺方案的验证3.4 本章小结第四章 变质处理对高硅铝合金硅相的影响4.1 磷变质剂对Al-20%Si合金硅相的影响4.2 非磷变质剂对Al-20%Si合金硅相的影响4.3 AlTiCCeP变质剂对Al-20%Si合金硅相的影响4.4 复合变质对Al-20%Si合金硅相的影响4.5 本章小结第五章 熔体温度处理对高硅铝合金硅相的影响5.1 熔体混合处理对未变质高硅铝合金硅相的影响5.1.1 相同成分高低温熔体混合对高硅铝合金硅相的影响5.1.2 不同成分高低温熔体混合对高硅铝合金硅相的影响5.1.3 不同比例高低温熔体混合对高硅铝合金硅相的影响5.1.4 熔体混合处理对高硅铝合金硅相的作用机制5.2 熔体过热处理对Al-20%Si合金硅相的影响5.2.1 熔体过热处理对未变质的Al-20%Si合金硅相的影响5.2.2 熔体过热处理对磷变质过的Al-20%Si合金硅相的影响5.2.3 熔体过热对锶变质过的Al-20%Si合金中硅相的影响5.2.4 熔体过热处理对AlTiCCeP变质过的Al-20%Si合金硅相的影响5.2.5 熔体过热处理对高硅铝合金中硅相的作用机制5.3 熔体温度处理及化学变质对Al-20%Si合金硅相的影响5.3.1 熔体温度处理及单重变质对Al-20%Si合金硅相的影响5.3.2 熔体温度处理及双重变质对Al-20%Si合金中硅相的影响5.3.3 熔体温度处理细化硅相的机理分析5.4 本章小结第六章 Al-20%Si合金的硬度及摩擦磨损性能6.1 Al-20%Si合金的硬度6.2 Al-20%Si合金的摩擦磨损性能6.2.1 Al-20%Si合金的摩擦系数与磨损量6.2.2 Al-20%Si合金的磨损形貌6.3 本章小结结论参考文献致谢个人简历在学期间的研究成果及发表的学术论文
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