【摘 要】
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近共晶多元Al-Si系活塞合金,凭借其优越的高温性能,已成为发动机活塞最广泛应用材料之一。活塞作为发动机的“心脏”,长期服役于高温、高爆压环境中,工作环境极其恶劣,严重影响活塞的使用寿命,对材料的要求非常严苛,活塞的性能直接决定发动机的性能,是发动机中关键零部件之一。因此,开发高强耐热Al-Si系活塞合金成为近几年以来众多学者的学术研究热点。本文以Al-12Si-4Cu-2.7Ni-1Mg活塞合金
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近共晶多元Al-Si系活塞合金,凭借其优越的高温性能,已成为发动机活塞最广泛应用材料之一。活塞作为发动机的“心脏”,长期服役于高温、高爆压环境中,工作环境极其恶劣,严重影响活塞的使用寿命,对材料的要求非常严苛,活塞的性能直接决定发动机的性能,是发动机中关键零部件之一。因此,开发高强耐热Al-Si系活塞合金成为近几年以来众多学者的学术研究热点。本文以Al-12Si-4Cu-2.7Ni-1Mg活塞合金为基体合金,通过混合盐反应法和中间合金反应法两种反应体系制备出Ti B2/Al-12Si活塞合金和（Ti B2、Zr B2）/Al-12Si活塞合金。通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射仪（XRD）、室高温拉伸、蠕变性能等分析测试方法,探究增强颗粒对活塞合金的微观组织与力学性能的影响。主要研究结果如下:氟盐混合法和中间合金法两种体系下所制备的Ti B2和Zr B2增强体颗粒大多数以团簇的形式分散在基体中,所制备颗粒的大小平均在100nm左右,其形貌多以圆粒状或者六方片状呈现,纳米颗粒与基体之间界面干净、结合紧密。单一添加Ti B2颗粒时,活塞合金中的α-Al枝晶主干变短,二次枝晶间距平均在15μm左右,相较于基体减小了8.5%,晶粒达到细化;同时初生Si相的平均尺寸相较于基体合金减小了10.6%。而当Ti B2和Zr B2协同作用时,α-Al晶粒和初生Si相的尺寸细化的更加显著。相较于基体合金,氟盐混合法和中间合金法两种体系下所制备的Ti B2/Al-12Si活塞合金和（Ti B2、Zr B2）/Al-12Si活塞合金,在室温和高温下的拉伸强度较基体合金均有明显提高。氟盐混合法体系下,Ti B2/Al-12Si活塞合金的室温抗拉强度相比基体合金达到了327MPa,提升了16%;并且延伸率也增加到2.45%,而高温抗拉提升到了91MPa,但延伸率却仅仅只有4.05%;而（Ti B2、Zr B2）/Al-12Si活塞合金的室温拉伸性能为352MPa,相较于集体合金提升了25%,而延伸率却只有1.35%,而材料的高温拉伸性能为110MPa,相较于基体合金来说提升了23.6%,而延伸率却下降至1.65%。而中间合金法体系下,Ti B2/Al-12Si活塞合金的室温抗拉强度达到了328MPa,提升了16.7%;延伸率也增加到2.75%,而高温抗拉提升了22.4%,延伸率却只有4.65%;（Ti B2、Zr B2）/Al-12Si活塞合金的室温拉伸强度为364MPa,相较于基体合金增加了29.5%,延伸率减小至1.46%,高温抗拉强度达到了113MPa,延伸率下降至1.95%。中间合金法体系下所制备的复合材料相较于氟盐混合法来说性能更优以一些。由于活塞在高温、高压工作环境中易发生蠕变,对活塞的寿命有极大的影响。所以,本实验对两种增强颗粒协同增强后的活塞合金进行了高温抗蠕变测试,分别在不同温度和不同载荷下对复合材料进行了高温蠕变分析,结果显示,当T=523K时,Ti B2/Al-12Si活塞合金和（Ti B2、Zr B2）/Al-12Si活塞合金的蠕变变形在100h内均有所提高,而应力在40MPa时,两种复合材料的稳态蠕变速率最低,分别为8.15×10-10s-1,4.982×10-10s-1;蠕变变形总体较高,稳态蠕变速率较低。并且,当温度恒定时,外加载荷越大,复合材料的稳态蠕变速率也随之增大,同时复合材料的蠕变寿命随之减少,其抗蠕变性能也随之下降。而（Ti B2、Zr B2）颗粒增强后合金的稳态蠕变速率相较于单一Ti B2颗粒增强后合金的速率较小,抗蠕变性能高,寿命长。
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