不同电磁场、铸造工艺下（AlZr+AlO）/A356复合材料的组织与性能

摘要

颗粒增强铝基复合材料具有高比强度和比刚度、耐磨、耐疲劳、低热膨胀系数、低密度、高屈服强度、良好的尺寸稳定性和导热性等优异的力学性能和物理性能，可广泛应用于航空、航天、军事、汽车、电子、体育运动等领域。然而用传统方法合成的复合材料，颗粒尺寸大，颗粒表面有污染，界面结合差且易生成脆性副产物等一系列缺点，从而限制了该种复合材料更多更广的应用。 本文以Al-zr-O体系为研究对象，在复合材料原位反应的合成过程中引入电磁场，采用熔体反应法合成复合材料。结果表明：在电磁搅拌下合成的(Al<,3>Zr+Al<,2>O<,3>)<,p>/A356复合材料，增强相数量多且细小，在基体中弥散分布，该种复合材料较不施加电磁搅拌合成的复合材料的磨损性能要好，在磨损时间为60min时不施加电磁搅拌合成复合材料的磨损量为30.23mg，而施加电磁搅拌合成复合材料的磨损量仅为24.94mg，只为常规工艺合成的复合材料的82.5％；高频脉冲磁场可以改善zr(CO<,3>)<,2>-Al体系的反应热力学条件，加剧原位反应的进行，进而可以增加形核数量，使增强相的体积分数增加。另外高频脉冲磁场可以弱化场强分布的“集肤效应”，使增强相颗粒均匀分布。 (Al<,3>Zr+Al<,2>O<,3>)<,p>/A356复合材料在不同的条件下成型，其组织及性能差异较大。通过常规的金属模浇铸成型，组织中有较多的气孔、缩孔等铸造缺陷，力学性能相对较差。在半连铸下成型，颗粒较为细小，但有团聚现象。在挤压铸造下成型，组织致密，气孔、缩孔等铸造缺陷明显减少，并且其力学性能有了很大的提高，相对于金属模成型的其抗拉强度提高了约127％，延伸率提高了59％：在磨损时间为120min时金属模成型的复合材料的磨损量为66.46mg，而挤压铸造成型的复合材料的磨损量仅为39.78mg，只为金属模成型的复合材料的59.9％。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2原位颗粒增强铝基复合材料的研究进展

1.2.1放热弥散法

1.2.2自蔓延燃烧反应法

1.2.3气液反应合成法

1.2.4反应喷射沉积法

1.2.5机械合金化法

1.2.6接触反应法

1.2.7熔体反应法

1.3电磁技术在金属材料制备中的应用

1.3.1电磁搅拌

1.3.2电磁制动

1.3.3电磁铸造

1.3.4强磁场技术

1.3.5电磁净化

1.4颗粒增强铝基复合材料的应用

1.5本课题的主要研究内容

第二章复合材料的合成与实验方法

2.1基体材料的选择

2.2反应组元的选取

2.3复合材料的合成

2.4试验设备

2.4.1低频交变电磁场发生装置

2.4.2挤压铸造设备

2.4.3半连铸成型设备

2.5复合材料的组织、结构分析方法

2.5.1复合材料的组织分析

2.5.2扫描电镜及电子探针分析

2.5.3 X-射线衍射分析

2.6拉伸性能测试

2.7磨损性能测试

第三章电磁搅拌下合成颗粒增强铝基复合材料

3.1电磁搅拌的原理

3.2电磁搅拌下合成颗粒增强铝基复合材料

3.2.1 工艺参数的优化选择

3.2.2电磁搅拌下合成铝基复合材料

3.2.3电磁搅拌下合成复合材料的磨损性能

3.3电磁搅拌对原位合成过程的影响

3.3.1促进原位反应的进行

3.3.2抑制颗粒相的择优生长

3.3.3增强相形核数量增加

3.4本章小结

第四章高频脉冲磁场下合成复合材料

4.1高频脉冲磁场内磁感应强度的分布

4.1.1高频脉冲磁场的实验装置

4.1.2磁感应强度测试方法

4.1.3高频脉冲磁场内磁感应强度的分布

4.2高频脉冲磁场下合成复合材料

4.2.1电磁感应加热原理

4.2.2复合材料的合成工艺

4.2.3复合材料的微观组织

4.3脉冲磁场对原位合成铝基复合材料反应过程的影响

4.4本章小结

第五章成型条件对复合材料组织及性能的影响

5.1半连铸条件下成型复合材料的微观组织

5.2挤压铸造(Al3Zr+Al2O3)p/A356复合材料的组织与性能

5.2.1挤压铸造下成型(Al3Zr+Al2O3)p/A356复合材料

5.2.2(Al3Zr+Al2O3)p/A356复合材料的拉伸性能

5.2.3(Al3Zr+Al2O3)p/A356复合材料的磨损性能

5.3本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文