超声波处理纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料的研究

摘要

铝硅合金(Al-Si)在当今商业化铝铸造生产应用中占据着85％至90%的市场份额,并且由于其优越的性能被广泛应用于各个行业。特别是铸态A356铝合金,它是亚共晶的 Al-7Si-0.3Mg系列合金,相比于其他铝合金,由于其良好的强度和延展性被广泛应用于汽车工业和航空航天工业。本文研究使用功率超声波处理合金熔体制备由纳米γ-Al2O3粒子增强Al-7Si-0.3Mg合金,分析材料铸态下和热处理之后的微观结构和整体力学性能;采用有限元法探究纳米Al2O3粒子增强Al-7Si-0.3Mg材料动态特性的影响。研究表明:
　　(1)γ-Al2O3纳米粒子是一种有效的陶瓷颗粒增强体,有效提高了纳米铝基复合材料的屈服强度和抗拉强度,铸态材料最高增强幅值分别达到了20.70%和27.33%。伸长率随着纳米Al2O3的加入显著提高,其中添加1.0 wt%Al2O3最高伸长率提升了57.14%。
　　(2)功率超声波振动有效提高了纳米Al2O3粒子在铝熔体中的分散效果,并且促进与铝液的润湿性。
　　(3)纳米Al2O3/Al-7Si-0.3Mg复合材料经过T6热处理工艺之后,综合性能大幅度提高。添加1.0 wt%纳米Al2O3复合材料与Al-7Si-0.3Mg基体材料相比强度和伸长率分别提高了78.72%和137.14%。分析原因主要是因为热处理工艺消除了材料内部缺陷和偏析,降低内应力,使显微结构更均匀,性能得到提升。
　　(4)材料拉伸断口显微结构分析,铸态拉伸断口的表面除了一些韧窝外,还存在一些准解离面,这主要是由于共晶硅导致的,断裂方式属于准解理断裂类型中的穿晶断裂;纳米Al2O3/Al-7Si-0.3Mg复合材料经过T6热处理之后,断口表面形成大量等轴韧窝,判断为韧性断口。
　　(5)纳米 Al2O3/Al-7Si-0.3Mg复合材料的性能受到增强体掺杂体积量、基体与增强相的界面接粘效果以及增强粒子分布规律的影响。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1金属基复合材料

1.2颗粒增强铝基复合材料

1.3纳米粒子在增强铝基复合材料中的应用

1.4课题研究意义和主要内容

第二章 超声波在铝基纳米复合材料中的应用

2.1超声波的作用机理

2.2超声波在金属熔体中的作用

2.3超声波辅助纳米粒子/铝基复合材料制备及应用

2.4超声波在制备铝基复合材料中存在的问题

第三章 实验过程及铸造模具设计

3.1实验过程

3.2实验模具设计与模拟

第四章 Al2O3/Al-7Si-0.3Mg力学性能及显微结构

4.1 材料性能测试分析

4.2显微结构分析

4.3铸造缺陷分析

4.4 本章小结

第五章 T6热处理对Al2O3/Al-7Si-0.3Mg性能影响及其显微分析

5.1热处理目的

5.2热处理工艺及原理

5.3力学性能显微结构分析

5.4 本章小结

第六章 有限元法分析纳米Al2O3粒子增强Al-7Si-0.3Mg

6.1有限元法简介

6.2 模型建立

6.3网格划分和加载过程

6.4 模拟结果分析

6.5 本章小结

第七章 结论

参考文献

个人简历、申请学位期间的研究成果及发表的学术论文

致谢