复合处理对原位自生Mg2Si/Al基复合材料凝固组织及性能的影响

摘要

近年来，作为一种迅速发展起来的高新技术新型工程材料的铝基复合材料已经被广泛研究和应用到生活生产实践的各大领域。在铝基复合材料的制备过程中，材料本身内在的因素和外场的干扰决定最终材料性能是否优良。因此本论文采用施加超声波和添加稀土，以及两者的复合作用以 Al-18Mg2Si-0.9Mg铝合金为研究对象来研究上述因素对材料的凝固组织和性能的影响，并在后期通过 T6热处理进一步研究凝固组织和性能的变化，最后测试了此种铝基复合材料的磨损性能。
　　首先，选择添加不同含量的稀土La、Y和Sc到Al-18Mg2Si-0.9Mg铝合金凝固过程中，以及施加不同时间和功率的超声波来分析这些因素对铝合金初生相Mg2Si和凝固组织的影响。结果表明：在Mg2Si/Al基复合材料中，添加稀土RE可以有效改善复合材料凝固组织和力学性能。在超声波施加时间相同，功率不同的条件下制得的 Mg2Si/Al基复合材料的初生Mg2Si颗粒的颗粒尺寸先减小后增大；在150 W时，颗粒尺寸最小为18.40μm；其最佳Mg2Si/Al基复合材料比未经过超声波搅拌得到的Mg2Si/Al基复合材料的抗拉强度和伸长率分别提高111.9％和98.02%。在超声波施加功率相同，时间不同的条件下制得的Mg2Si/Al基复合材料的初生Mg2Si颗粒先略增大而后一直减小；在40s时，颗粒尺寸最小为36.38μm；其最佳Mg2Si/Al基复合材料比未经过超声波搅拌得到的Mg2Si/Al基复合材料的抗拉强度和伸长率分别提高139.29%和178.71%。添加稀土La后进行超声处理的Mg2Si/Al基复合材料相比没有添加稀土La进行超声处理的凝固组织发生了明显的变化；在超声功率为150 W时，Mg2Si/Al基复合材料的硬度为132 HB，抗拉强度为201 MPa，伸长率为5.28%。
　　其次，对上述不同条件下制得的 Mg2Si/Al基复合材料进行不同时间的固溶和时效处理，研究其组织和性能的改变。结果表明：不同的 T6处理可以有效改变复合材料的凝固组织和硬度。在固溶时间不同，时效时间相同条件下得到的复合材料的初生Mg2Si的形貌和尺寸均发生了明显的改变；固溶处理前期，初生Mg2Si颗粒的尺寸减少明显，随后尺寸减小变化缓慢，复合材料接近过饱和状态；复合材料的硬度呈现先增加后减小的变化趋势。在固溶时间相同，时效时间不同条件下得到的复合材料的初生Mg2Si的形貌发生了明显的改变，尺寸变化不大；随着时效时间的增加，Mg2Si/Al基复合材料的沉淀相析出的序列一般为:α-过饱和固溶体→原子团簇→GP区→β”→β’过渡相→β稳定相(Mg2Si)，复合材料的硬度先减小后增加。
　　最后，采用不同的摩擦力对没有经过T6热处理的Mg2Si/Al基复合材料进行摩擦磨损测试，探讨其摩擦磨损规律。结果表明：在相同的摩擦力条件下，经过处理制得的Mg2Si/Al基复合材料比普通重力铸造的具有更好的耐磨性。Mg2Si/Al基复合材料的耐磨性与两个方面有关系：一方面是复合材料的硬度决定材料的耐磨性；另一方面与复合材料的凝固组织有关。在采用不同的摩擦力对稀土 La和超声波复合作用得到的复合材料进行摩擦磨损发现，随着摩擦力的增加，材料的磨损率直线增加。

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第一章 绪 论

1.1 金属基复合材料简介

1.2 制备金属基复合材料的方法

1.3 超声波在复合材料中的应用

1.4 稀土在有色金属材料中的应用

1.5 Mg2Si/Al基复合材料的研究现状

1.6 本课题的主要研究内容

第二章 试验准备阶段

2.1 试验材料

2.2 试验设备的选择

2.3 试样分析与处理

第三章 复合处理对Mg2Si/Al基复合材料组织与性能的影响

3.1 引言

3.2试验方案和过程

3.3不同含量的Mg2Si对Mg2Si/Al基复合材料凝固组织的影响

3.4 稀土对Mg2Si/Al基复合材料微观组织与力学性能的影响

3.5 超声波对Mg2Si/Al基复合材料微观组织与力学性能的影响

3.6 复合作用对Mg2Si/Al基复合材料微观组织与力学性能的影响

3.7 小结

第四章 T6处理对Mg2Si/Al基复合材料微观组织与力学性能的影响

4.1 引言

4.2 试验方案

4.3 T6处理对Mg2Si/Al基复合材料微观组织的影响

4.4 T6处理对Mg2Si/Al基复合材料硬度的影响

4.5讨论

4.6 结论

第五章 Mg2Si/Al基复合材料的摩擦磨损行为

5.1 引言

5.2 试验方案

5.3 不同稀土La 含量条件下制得的Mg2Si/Al基复合材料的磨损行为

5.4 不同超声条件下制得的Mg2Si/Al基复合材料的磨损行为

5.5 复合作用条件下制得的Mg2Si/Al基复合材料的磨损行为

5.6 小结

第六章 结 论

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果