论文摘要
Mg2Si／Al复合材料具有密度低，比模量高，制备工艺简单，成本低廉等优点，适合用来制作汽车发动机缸套、制动盘等轻量化重要部件。然而，在铝基体中初生Mg2Si增强相通常较粗大，且多呈尖角状，割裂基体、降低性能，因此，改变增强体的形态和尺寸，提高其强韧性就成为当前急需解决的首要问题。本文通过研究初生Mg2Si增强相在Al基体（熔体）中结晶、生长特性，探讨了冷却速度对Mg2Si晶体生长方式的影响；通过添加合金元素、采用半固态成形技术以及过热、重熔等方法有效地控制了Mg2Si/A1复合材料的显微组织，探讨了相关过程的科学问题；研究了变质前后Mg2Si／Al复合材料的力学特性和干滑动磨损行为。研究结果表明，Mg2si／Al复合材料按照如下凝固过程进行：L-L1+Mg2sip-L2+（Al+Mg2Si）e+Mg2Sip-（Al+Si+Mg2Si）e+（Al+Mg2Si）e+Mg2Sip，并基于傅立叶一维传热模型，确定出当冷却速度高于1．169×106℃／s时，Mg2Si在铝熔体中的生长方式由典型的小平面生长转变为非小平面的生长，改变了材料的组织形态，并初步探讨了Mg2Si晶体的生长特性。实验研究发现磷、锶、稀土以及熔体过热处理技术均能使初生Mg2Si形貌转变为细小的多边形，变质机理分别为结晶核心、吸附毒化、改变固液界面能和消除合金的遗传结构，初步揭示了磷、锶的加入对初生Mg2Si晶体生长方式的影响规律。实验发现采用应变诱发法、冷斜面技术和等温热处理法能够成功地制备出初生Mg2Si增强相与a-A1基体双重球化的半固态复合材料坯料，有效地控制了组织特征，计算表明在冷斜面技术制备半固态过程的等温保持阶段，a-Al晶粒的立方粗化速率常数为k=1．02×1016m3s-1，并研究了以上过程的球化、粗化机理；对比发现，变质之后的半固态复合材料的增强相与Al基体的球状晶更加圆整与细小，同时探讨了影响机制。经过电弧重熔后，Mg2Si/Al复合材料能够形成显微组织呈梯度分布的材料，分析表明由于铜模散热能力的不同而形成从上至下互相平行的枝晶；采用单向重熔淬火技术能够制备出多层功能梯度材料，研究表明，由于温度的差异导致了材料的组织成为多层，讨论了制备过程的科学问题。实验揭示出经过T6热处理后变质的复合材料的抗拉强度和延伸率比未变质的复合材料分别提高了25％和31．1％；磨损测试发现，由于变质后的初生Mg2Si颗粒细小，致密，分布更加均匀，且不易破碎，能够抑制塑性变形的出现，抗塑性流动能力有了明显的增强，导致了变质后的复合材料耐磨性能高于未变质的复合材料。
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提要第1章 绪论1.1 选题意义2Si金属间化合物及Mg2Si／Al复合材料研究现状'>1.2 Mg2Si金属间化合物及Mg2Si／Al复合材料研究现状2Si金属间化合物的机械物理性质'>1.2.1 Mg2Si金属间化合物的机械物理性质2Si金属间化合物及Mg2Si复合材料制备方法'>1.2.2 Mg2Si金属间化合物及Mg2Si复合材料制备方法1.2.2.1 机械合金化1.2.2.2 自蔓延高温合成技术1.2.2.3 沉积法1.2.2.4 熔铸法1.2.2.5 熔体旋转法1.2.2.6 其它方法1.2.3 熔铸法制备的复合材料的组织控制方法及其机制1.2.3.1 变质处理1.2.3.2 功能梯度材料1.2.3.3 熔体过热处理1.2.3.4 半固态加工技术1.2.3.4.1 半固态及其加工技术研究进展1.2.3.4.2 复合材料半固态制备技术1.3 铝基复合材料的摩擦磨损性能及力学特性1.3.1 铝基复合材料的摩擦磨损性能及机制1.3.2 铝基复合材料的力学特性1.4 研究内容第2章 实验方法2.1 实验原材料2Si／Al复合材料制备及变质工艺'>2.2 原位Mg2Si／Al复合材料制备及变质工艺2.3 萃取实验2.4 单辊甩带激冷实验2Si梯度材料的制备'>2.5 Al-Mg2Si梯度材料的制备2.5.1 电弧重熔实验2.5.2 单向重熔实验2Si／Al复合材料制备实验'>2.6 半固态Mg2Si／Al复合材料制备实验2.6.1 等温热处理法2.6.2 应变诱发法2.6.3 冷斜面法2.7 T6热处理实验2.8 相组成及微观分析2.8.1 X射线衍射分析2.8.2 扫描电镜和能谱分析2.9 性能测试2.9.1 拉伸实验2.9.2 硬度测试2.9.3 干滑动磨损实验2.10 实验中的金属模具2Si生长及Mg2Si／Al复合材料组织控制'>第3章 Mg2Si生长及Mg2Si／Al复合材料组织控制3.1 引言2Si／Al凝固途径及Mg2Si生长机制'>3.2 Mg2Si／Al凝固途径及Mg2Si生长机制2ESi／Al凝固途径'>3.2.1 Mg2ESi／Al凝固途径2ESi在铝熔体中生长机制'>3.2.2 Mg2ESi在铝熔体中生长机制3.2.2.1 正常凝固条件下的生长机制3.2.2.2 快速凝固条件下的组织特征及生长方式的转变3.2.2.2.1 组织特征与生长方式3.2.2.2.2 冷却速率的估算2Si／Al复合材料组织控制'>3.3 Mg2Si／Al复合材料组织控制2Si／Al复合材料的组织控制（变质）作用及机制'>3.3.1 磷对Mg2Si／Al复合材料的组织控制（变质）作用及机制3.3.1.1 磷对复合材料显微组织的影响及作用机理2Si晶体生长方式的影响'>3.3.1.2 磷对初生Mg2Si晶体生长方式的影响2Si／Al复合材料组织控制（变质）作用及机制'>3.3.2 锶对Mg2Si／Al复合材料组织控制（变质）作用及机制3.3.2.1 锶对复合材料显微组织的影响及作用机理2Si晶体生长方式的影响'>3.3.2.2 锶对初生Mg2Si晶体生长方式的影响2Si／Al复合材料组织控制（变质）作用及机制'>3.3.3 铈对Mg2Si／Al复合材料组织控制（变质）作用及机制2Si／Al材料组织控制作用及机制'>3.3.4 熔体过热处理对Mg2Si／Al材料组织控制作用及机制3.3.5 组织控制方式的比较3.4 本章小结2Si／Al复合材料制备及组织特性研究'>第4章 半固态Mg2Si／Al复合材料制备及组织特性研究4.1 引言2Si／Al复合材料及其机制'>4.2 应变诱发法制备半固态Mg2Si／Al复合材料及其机制2Si／Al复合材料及其机制'>4.3 冷斜面技术制备半固态Mg2Si／Al复合材料及其机制4.3.1 半固态组织的形成及其机理4.3.2 晶粒粗化机制4.3.3 形状因子变化规律2Si／Al复合材料及其机理'>4.4 等温热处理法制备半固态Mg2Si／Al复合材料及其机理4.5 本章小结2Si功能梯度材料制备技术及机制'>第5章 Al-Mg2Si功能梯度材料制备技术及机制5.1 引言5.2 电弧重熔技术制备功能梯度材料及其机制5.3 单向重熔淬火技术制备功能梯度材料及机制5.4 本章小结2Si／Al复合材料力学及磨损特性'>第6章 Mg2Si／Al复合材料力学及磨损特性2Si／Al复合材料力学特性'>6.1 Mg2Si／Al复合材料力学特性2Si／Al复合材料布氏硬度变化规律'>6.1.1 热处理后Mg2Si／Al复合材料布氏硬度变化规律2Si／Al复合材料抗拉强度'>6.1.2 Mg2Si／Al复合材料抗拉强度2Si／Al复合材料磨损行为'>6.2 Mg2Si／Al复合材料磨损行为6.2.1 载荷对磨损行为的影响6.2.2 滑动速率对磨损行为的影响6.3 本章小结第7章 结论参考文献攻博期间发表的学术论文及其它成果摘要Abstract致谢
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