半固态搅拌制备SiC_p/Gr/ZL101复合材料组织与性能研究

论文摘要

采用半固态搅拌常规温度（730℃）重力浇注和半固态搅拌低过热度（630℃）重力浇注两种工艺方法制备出了碳化硅（SiCp）和石墨（Gr）颗粒复合增强ZL101铝基复合材料,并研究了体积分数不同的增强颗粒对复合材料组织与性能的影响。研究表明：通过以上两种工艺,能够制备出增强颗粒分布均匀,且与基体合金结合良好的颗粒增强铝基复合材料。为了解决增强颗粒与基体合金浸润性差以及分布不均匀等问题,在搅拌复合之前,对SiCp进行1000℃的高温焙烧预处理；在复合材料熔炼制备的过程中,当合金熔化并冷却到液固相线温度之间（600℃）时,加入经300℃预热的SiCp和Gr,并将搅拌桨转速设定为1400rad/min,由此产生的漩涡可以把两种增强颗粒卷入到熔体中,稳定搅拌时间为15min,之后随着合金熔体升温至浇注温度,搅拌速度逐渐减慢。通过显微组织观察、拉伸测试、断口扫描分析、阻尼性能测试、耐磨性能测试等方法研究了SiCp/Gr/ZL101复合材料的显微组织与性能。金相显微组织分析表明：当浇注温度为730℃时（工艺一）,ZL101合金中的初生相为枝晶态的α-Al,而当浇注温度为630℃（工艺二）时,ZL101合金中的α-Al由枝晶态变为细小的蔷薇状,晶粒明显得到细化。其中SiCp和Gr在基体相中基本达到了均匀分布且没有出现颗粒团聚现象。拉伸测试表明：SiCp/Gr/ZL101复合材料抗拉强度均高于基体合金,而伸长率均低于基体合金。并且随着SiCp体积分数的增加,抗拉强度先升高后降低,伸长率下降。复合材料的最高抗拉强度达到191MPa,比ZL101合金提高了32%。在增强颗粒体积分数相同的情况下,通过工艺二制备而成的复合材料力学性能优于工艺一制备而成的复合材料。断口分析表明：随着SiCp含量的增加,复合材料的塑性明显下降。SiCp/Gr/ZL101复合材料的断裂方式为韧性断裂→准解理断裂→解理断裂→沿晶断裂。阻尼性能测试表明：SiCp/Gr/ZL101复合材料的内耗值Q-1高于基体合金,且随着SiCp体积分数的增加,Q-1也增加。SiCp/Gr/ZL101复合材料的阻尼机制主要是位错阻尼和界面阻尼。在相同测试条件且增强颗粒含量相同的情况下,与工艺二相比,通过工艺一制备而成的复合材料的阻尼性能更加优异。耐磨性能测试表明：SiCp/Gr/ZL101复合材料的耐磨性能明显优于基体合金,且随着SiCp体积分数的增加,磨损量减小。通过工艺二制备而成的复合材料的耐磨性能均优于工艺一制备而成的复合材料。随着复合材料中SiCp含量的增大,磨损机制由粘着磨损+磨粒磨损→磨粒磨损。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 铝基复合材料概述
• 1.1.1 复合材料
• 1.1.2 铝基复合材料及主要类型
• 1.2 颗粒增强铝基复合材料概述
• 1.2.1 颗粒增强铝基复合材料的主要类型
• 1.2.2 颗粒增强铝基复合材料的研究现状与应用
• 1.3 颗粒增强铝基复合材料的制备方法与工艺
• 1.3.1 强制加入法
• 1.3.2 原位反应合成法
• 1.3.3 铸造法
• 1.4 搅拌法制备颗粒增强铝基复合材料存在问题及解决方法
• 1.4.1 增强颗粒与铝合金液的润湿性问题
• 1.4.2 增强颗粒与铝合金液的界面反应问题
• 1.4.3 增强颗粒在铝合金液中的均匀分布问题
• 1.4.4 颗粒增强铝基复合材料的孔隙率问题
• 1.5 选题背景与研究意义
• 1.5.1 课题的研究现状
• 1.5.2 课题研究的意义与展望
• 1.5.3 课题研究的主要目的和内容
• 参考文献
• 第二章 实验方案及制备工艺
• 2.1 实验材料及设备
• 2.1.1 基体材料
• 2.1.2 增强相
• 2.1.3 实验设备
• p/Gr/ZL101复合材料的制备工艺'>2.2 SiC_p/Gr/ZL101复合材料的制备工艺
• p的预处理'>2.2.1 SiC_p的预处理
• 2.2.2 Gr的预处理
• 2.2.3 基体合金与增强颗粒体积分数的确定
• p/Gr/ZL101复合材料的制备工艺过程'>2.3 SiC_p/Gr/ZL101复合材料的制备工艺过程
• 2.4 分析方法
• 2.4.1 光学显微镜金相组织分析
• 2.4.2 力学性能测试
• 2.4.3 阻尼性能的测试
• 2.4.4 磨损测试
• 2.5 课题研究的技术路线
• 参考文献
• p/Gr/ZL101复合材料组织与力学性能'>第三章 SiC_p/Gr/ZL101复合材料组织与力学性能
• p/Gr/ZL101复合材料的金相组织'>3.1 SiC_p/Gr/ZL101复合材料的金相组织
• p/Gr/ZL101复合材料的力学性能'>3.2 SiC_p/Gr/ZL101复合材料的力学性能
• 3.2.1 硬度测试分析
• 3.2.2 拉伸实验测试分析
• 3.2.3 断口扫描分析
• p/Gr/ZL101复合材料断裂行为的研究'>3.2.4 SiC_p/Gr/ZL101复合材料断裂行为的研究
• 参考文献
• p/Gr/ZL101复合材料阻尼性能'>第四章 SiC_p/Gr/ZL101复合材料阻尼性能
• 4.1 前言
• p/Gr/ZL101复合材料的阻尼性能'>4.2 SiC_p/Gr/ZL101复合材料的阻尼性能
• 4.2.1 位错阻尼
• 4.2.2 界面阻尼
• 参考文献
• p/Gr/ZL101复合材料耐磨性能'>第五章 SiC_p/Gr/ZL101复合材料耐磨性能
• p/Gr/ZL101复合材料耐磨性能'>5.1 SiC_p/Gr/ZL101复合材料耐磨性能
• p/Gr/ZL101复合材料磨损形貌图'>5.2 SiC_p/Gr/ZL101复合材料磨损形貌图
• 参考文献
• 第六章 结论
• 致谢
• 攻读硕士期间发表论文