SiC顆粒增強鋁基復(fù)合材料制備工藝技術(shù)研究（本科畢業(yè)論文設(shè)計）
摘 要

本論文研究了半固態(tài)攪拌法制備SiC顆粒增強ZL104合金復(fù)合材料的制備工藝，并對復(fù)合材料進行了性能檢測。研究結(jié)果表明材料制備裝置合理可行，工藝流程簡單，對制備工藝參數(shù)進行合理優(yōu)化后可以制備出了總量32㎏的SiC顆粒分布均勻、孔隙率為4.2％的SiC顆粒增強鋁基復(fù)合材料；對SiC顆粒進行900℃的高溫焙燒預(yù)處理后，在SiC顆粒表面層分布著一薄層SiO2，有效的促進了SiC顆粒的潤濕；對復(fù)合材料的組成相結(jié)構(gòu)運用XRD進行分析表明，復(fù)合材料主要組成相包括SiC、初生α(Al)相、共晶硅(Si)和SiO2，沒有Al3C4化合物生成；從掃描曲線的變化看出基體合金和界面層間較長距離內(nèi)幾乎沒有發(fā)生原子相互擴散、無界面相生成和成分偏析，避免了界面處有害化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，在較窄的界面層形成連續(xù)變化的過渡帶；SiC顆粒增強ZL104合金復(fù)合材料的硬度較基體合金略微有所增加，而抗拉強度和延伸率較基體合金的卻有相應(yīng)的降低，這與材料孔隙率高、顆粒聚集割裂了材料的連續(xù)性有著密切關(guān)系。

關(guān)鍵詞：金屬基復(fù)合材料，SiC顆粒，ZL104合金，制備工藝，機械性能


ABSTRACT

The research is aimed to study the fabrication process of ZL104 alloy composites reinforced by SiC particles with the processes of semi-solid stirring, and to test the property of composites.. The results indicate that the equipment and process are feasible. The aluminum matrix composite, with the weight of nearby 32 kg and the porosity of 4.2%, reinforced by SiC particles was manufactured after the preparation technology parameters optimized, and the particles dispersed in the matrix uniformly. There is a thin layer of SiO2 in the surface of SiC particles pre-oxidised at 900℃ for 8 hours, which effectively promotion wetting of the SiC particles. XRD analysis indicated that the main phases of the composites include SiC, primary α(Al) phase, eutectic silicon(Si) and SiO2, and there is no Al3C4 in composites. There is almost no atomic diffusion composition segregation in the long distance between the matrix alloy and SiC particles, it is indicated the hazardous chemical reaction was avoided at the interface. A continuous variation transitional zone was formed in a narrow interface zone. The hardness of SiC particles reinforced ZL104 alloy composite materials has increased than the matrix alloy, but the tensile strength and elongation has reduced, which attribute to the high porosity and the discontinuity of materials for the fragmented particles in composites.

Key words：Metal matrix composite, SiC particle, ZL104 alloy, fabrication process, mechanical properties


目 錄

中文摘要 I
英文摘要 II
1 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 鋁基復(fù)合材料 1
1.2.1 鋁基復(fù)合材料分類 1
1.2.2 鋁基復(fù)合材料的性能特點 2
1.2.3 鋁基復(fù)合材料的應(yīng)用 2
1.2.4 顆粒增強鋁基復(fù)合材料的發(fā)展趨勢 4
1.3 顆粒增強鋁基復(fù)合材料的制備工藝 5
1.4 半固態(tài)機械攪拌法制備顆粒增強鋁基復(fù)合材料的關(guān)鍵技術(shù) 6
1.4.1 增強顆粒與基體材料的界面潤濕性 6
1.4.2 增強顆粒與基體材料的界面反應(yīng) 7
1.4.3 復(fù)合材料中的氣孔、空洞缺陷 7
1.4.4 復(fù)合材料中顆粒分布的均勻性 8
1.4.5 復(fù)合材料制備過程中攪拌器的腐蝕 8
1.5 顆粒增強鋁基復(fù)合材料零件的成形特性 8
1.6 本論文的選題目的與研究內(nèi)容 9
1.6.1 本論文的研究目的 9
1.6.2本課題的研究內(nèi)容 9
2 復(fù)合材料制備工藝 10
2.1 試驗材料的選擇 10
2.1.1 基體材料 10
2.1.2 增強體材料 10
2.2 工藝方法 10
2.3 復(fù)合材料制備裝置 11
2.3.1 復(fù)合材料制備裝置 11
2.3.2 顆粒預(yù)處理裝置 12
2.4 試樣檢測方法 13
2.4.1 SiC顆粒體積分?jǐn)?shù)的測量 13
2.4.2 復(fù)合材料密度的測量 13
2.4.3 復(fù)合材料孔隙率的測量 14
2.4.4 硬度測試 15
2.4.5 微觀組織觀察 15
2.4.6 拉伸性能測試 15
3 復(fù)合材料制備工藝研究 16
3.1 顆粒與基體相對體積含量的確定 16
3.2 SiC顆粒預(yù)處理工藝的確定 16
3.3 熔體攪拌溫度的確定 16
3.4 SiC顆粒加入工藝參數(shù)的確定 17
3.5 攪拌器位置的確定 17
3.6 攪拌速度的確定 18
3.7 半固態(tài)合金與SiC顆?；旌蠑嚢钑r間的確定 18
3.8 合金液的混合溫度的確定 18
3.9 復(fù)合材料制備工藝 19
3.9.1 復(fù)合材料制備的工藝過程 19
3.9.2 復(fù)合材料制備的工藝 20
4 研究結(jié)果與分析 22
4.1 復(fù)合材料制備試樣的微觀組織結(jié)構(gòu) 22
4.2 復(fù)合材料界面結(jié)構(gòu)特征的研究 24
4.3 重力鑄造復(fù)合材料性能分析 25
5 結(jié)論 28
致 謝 29
參考文獻(xiàn) 30