SiC颗粒增强铝基复合材料的制备及摩擦磨损性能研究

摘要

本论文研究了半固态机械搅拌法制备SiC颗粒增强ZL104合金复合材料的制备工艺，同时研究了制备工艺参数、重力铸造及离心铸造成形工艺对复合材料的组织和性能的影响。
　　 根据半固态机械搅拌法制备颗粒增强铝基复合材料的工艺原理，自行设计了机械搅拌装置。搅拌复合前，对SiC颗粒进行900℃的高温氧化预处理；在熔炼制备过程中，选择在熔体温度为580℃～600℃，加入经250℃预热1小时的SiC颗粒，利用搅拌器高速旋转产生的漩涡将SiC颗粒卷入合金熔体中，再分别将制备的复合材料浆料通过重力铸造和离心铸造成形技术进行浇铸。研究表明：自行设计的制备装置合理可行，工艺参数选择合理，制得SiCp/A1复合材料颗粒分布均匀，宏观界面结合良好。离心铸造成形试样表面光洁、组织致密、硬度和耐磨性能良好。
　　 利用光学显微镜(OM)和电子扫描显微镜(SEM)对所制备的SiCp/A1复合材料试样的微观组织进行观察分析，试验结果表明：采用离心铸造制备的复合材料的微观组织明显好于采用重力浇注制备的复合材料。随着SiCp粒度的减小，复合材料中颗粒分布越均匀，团聚现象有所减少；随着SiCp体积分数的增大，复合材料中颗粒分布会出现明显的团聚现象。当SiCp粒度为100μm，增强体积分数为10％时，SiC颗粒分布状况最好。
　　 硬度测试和磨损试验表明：粒度为100μm、体积分数为10％的SiCp/A1复合材料的布氏硬度较高，耐磨性能优异，表现出良好的综合性能。对比SiCp/A1复合材料的微观组织，当Mg含量为2％时，SiC颗粒分布均匀，复合材料中气孔和疏松等缺陷较少，SiCp/A1复合材料的布氏硬度值最大，复合材料的相对磨损率最小。
　　 通过对不同粒度SiC颗粒级配制备的SiCp/A1复合材料的分析，发现550μm和100μm颗粒混合搭配很好的利用了紧密堆积原理，不仅克服了半固态机械搅拌过程中粗颗粒沉积、细颗粒团聚的现象，而且起到了很好的颗粒强化和弥散强化作用，改善了复合材料的微观组织结构，提高了复合材料的硬度和耐磨性能。