铝合金熔渗碳化硅复合材料的性能研究

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SiC陶瓷因其高温强度高、耐磨性能强等特点广泛应用于结构材料,然而其脆性大、抗振性能差等缺点降低了使用寿命。引入铝合金制备SiC/Al复合材料是提高SiC陶瓷的韧性,降低振动和噪音影响的有效方法。本文通过熔渗Al-Ti-Si合金制备SiC/Al复合材料,研究了熔渗铝合金中Si含量以及熔渗温度对复合材料组织结构的影响,解释了熔渗机理,分析了阻尼性能。使用扫描电镜和透射电镜研究了界面结构,揭示了界面对力学性能和阻尼性能的影响机制。此外,还研究了熔渗铝合金中Si含量对复合材料摩擦磨损性能的影响,通过热处理改善了复合材料的耐磨性能。研究发现在熔渗温度下铝合金与SiC陶瓷中的Si形成共晶,形成熔渗的通道。900℃熔渗Si含量为5 wt.%,10 wt.%,15 wt.%的铝合金时,复合材料表面形成一层Ti3Si(Al)C2反应层。当熔渗温度为900℃,熔渗铝合金中Si含量为10 wt.%时,复合材料的抗弯强度最高为376 MPa。当熔渗铝合金中Si含量为15 wt.%时,复合材料的高温阻尼性能较原始陶瓷提高一倍。阻尼机制主要为低温阶段的位错诱生机制以及高温阶段的SiC/Al界面的摩擦耗能。SiC/Al界面通过凝固冷却过程中形成的共晶Si连接,熔渗铝合金中Si含量低于20 wt.%时,冷却形成的共晶Si较多,界面结合强度较高。磨损研究结果表明Ti3Si(Al)C2反应层在摩擦磨损过程中会发生塑性变形,生成摩擦氧化膜提高了复合材料的减摩性能。复合材料由于表面硬度降低,导致磨损率提高。随着熔渗铝合金中Si含量的增加,磨损机理由磨粒磨损变为粘着磨损和氧化磨损。通过1000℃氧化12 h的热处理,在保证减摩性能的基础上提高了复合材料的耐磨性能。
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