铝合金熔体的超声处理及表面复合材料的超声法制备

论文摘要

功率超声在合金处理方面的应用是当今材料研究的热点之一,在铸造铝合金方面有广阔的应用前景,尤其功率超声应用在铝合金中制备表面复合材料还未见报道。本实验采用功率超声对铝及铝合金熔体进行超声处理,改善了组织形态,开发了制备内生颗粒增强表面复合材料的新方法。在研究过程中,设计发明了“变幅坩埚”,应用该“变幅坩埚”作为超声变幅杆来进行熔体的超声处理。由于熔体是超声变幅杆的一部分,因此能实现超声与熔体很好的耦合,使熔体处在超声的近场区并被超声强烈地振动处理。首先系统研究了超声对工业纯铝和过共晶铝硅合金的作用。功率超声的空化作用和声流作用,对工业纯铝有很好的细化作用。过共晶铝硅合金经超声处理后,合金组织能够得到均匀和细化,初晶Si和α-Al相得到很好的超声变质效果,共晶组织则稍有粗化。作为耐磨材料,超声处理过共晶Al-Si合金具有更好的摩擦磨损性能。因此,研究超声对过共晶铝硅合金中初生硅的作用效果及作用机制具有重要的理论意义和实际价值。其次,研究了超声对亚共晶和共晶铝硅合金的作用,制备出了表面富Si的自生颗粒增强铝基表面复合材料,并对铝硅共晶合金自生表面复合材料的组织和性能（硬度与耐磨性）进行了观察和研究,得出了一系列创造性的研究成果。体现了超声处理亚共晶及共晶铝硅合金制备铝基表面复合材料的优越性,具有重要理论和实际意义。最后,研究了超声制备TiAl3自生颗粒增强型铝基表面复合材料的工艺、表面复合层组织与性能。结果表明,随着超声功率及超声处理时间的增加,颗粒增强表面复合层的厚度逐渐变小,复合层硬度逐渐增大。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的与意义
• 1.2 金属基表面复合材料国内外研究现状
• 1.2.1 金属基复合材料简介
• 1.2.2 金属基表面复合材料简介
• 1.2.3 金属基表面复合材料的制备方法
• 1.3 功率超声的研究与应用现状
• 1.3.1 功率超声在铝及其合金方面的应用
• 1.3.2 功率超声在金属基复合材料制备中的应用
• 1.3.3 功率超声在分离技术方面的应用
• 1.3.4 功率超声在其它方面的应用
• 1.3.5 目前功率超声在应用中存在的问题
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 新型超声耦合场的设计制备
• 2.1 超声波及其特性
• 2.2 功率超声的作用机理
• 2.3 超声处理设备
• 2.3.1 超声波发生器
• 2.3.2 超声波换能器
• 2.3.3 超声“变幅坩埚”
• 2.3.4 超声功率控制装置
• 2.4 本章小结
• 第三章 超声对工业纯铝组织的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料及方法
• 3.3 超声对工业纯铝组织细化的影响
• 3.4 超声与Al-Ti-C 晶粒细化剂共同作用对工业纯铝组织的影响
• 3.4.1 功率超声对Al-5Ti-0.25C 合金晶粒细化剂组织的影响
• 3.4.2 超声处理态Al-5Ti-0.25C 合金晶粒细化剂对工业纯铝的细化效果
• 3.4.3 超声与晶粒细化剂共同作用对工业纯铝的的细化效果
• 3.5 本章小结
• 第四章 超声对过共晶铝硅合金组织和性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验材料及方法
• 4.3 超声对过共晶铝硅合金组织的作用
• 4.3.1 超声对过共晶铝硅合金宏观组织的影响
• 4.3.2 超声功率对过共晶铝硅合金组织的影响
• 4.3.3 超声处理时间对合金组织的影响
• 4.4 超声对过共晶铝硅合金性能的影响
• 4.4.1 超声对过共晶铝硅合金硬度的影响
• 4.4.2 超声对过共晶铝硅合金的强度断裂特性的影响
• 4.4.3 功率超声对过共晶铝硅合金耐磨性的影响
• 4.5 本章小结
• p/Al-Si 合金表面复合材料'>第五章 超声法制备Si_p/Al-Si 合金表面复合材料
• 5.1 引言
• 5.2 实验材料及方法
• p/Al-Si 合金表面复合材料的组织'>5.3 超声法制备的Si_p/Al-Si 合金表面复合材料的组织
• 5.3.1 功率超声对α-Al 枝晶的影响
• 5.3.2 功率超声对共晶硅的变质作用
• 5.3.3 功率超声对表面复合材料中初生硅的影响
• p/Al-Si 合金表面复合材料的性能'>5.4 Si_p/Al-Si 合金表面复合材料的性能
• p/Al-Si 合金表面复合材料拉伸性能的影响'>5.4.1 功率超声对Si_p/Al-Si 合金表面复合材料拉伸性能的影响
• p/Al-Si 合金表面复合材料硬度的影响'>5.4.2 功率超声对Si_p/Al-Si 合金表面复合材料硬度的影响
• p/Al-Si 合金表面复合材料摩擦磨损性能的影响'>5.4.3 功率超声对Si_p/Al-Si 合金表面复合材料摩擦磨损性能的影响
• 5.5 本章小结
• 3Ti 颗粒增强铝基表面复合材料的组织与硬度'>第六章 超声制备内生Al₃Ti 颗粒增强铝基表面复合材料的组织与硬度
• 6.1 引言
• 3Ti 颗粒增强铝基复合材料的制备'>6.2 内生Al₃Ti 颗粒增强铝基复合材料的制备
• 6.2.1 Al-Ti 合金相图
• 3Ti 的制备过程'>6.2.2 内生Al₃Ti 的制备过程
• 3Ti 的X 射线衍射标定'>6.2.3 内生Al₃Ti 的X 射线衍射标定
• 3Ti 颗粒增强复合材料的形貌'>6.2.4 内生Al₃Ti 颗粒增强复合材料的形貌
• 3Ti 颗粒增强表面复合材料'>6.3 功率超声法制备内生Al₃Ti 颗粒增强表面复合材料
• 3Ti 颗粒增强表面复合材料的X 射线衍射标定'>6.3.1 Al₃Ti 颗粒增强表面复合材料的X 射线衍射标定
• 3Ti 颗粒增强表面复合材料的组织'>6.3.2 Al₃Ti 颗粒增强表面复合材料的组织
• 3Ti 颗粒增强表面复合层组织的影响'>6.3.3 超声功率对Al₃Ti 颗粒增强表面复合层组织的影响
• 3Ti 颗粒增强表面复合层厚度的影响'>6.3.4 超声处理时间对Al₃Ti 颗粒增强表面复合层厚度的影响
• 3Ti 颗粒在铝合金熔体中偏聚的理论分析'>6.3.5 Al₃Ti 颗粒在铝合金熔体中偏聚的理论分析
• 3Ti 颗粒增强表面复合层的硬度'>6.4 内生Al₃Ti 颗粒增强表面复合层的硬度
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 攻博期间发表的学术论文及其它成果
• 致谢
• 摘要
• Abstract