(SiC-Al3Ti)/7075Al复合材料制备及组织性能研究

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SiC颗粒增强铝基(SiC/A1)复合材料综合性能好,广泛应用于航空航天、国防、汽车和海洋装备等领域,但复合材料中SiC界面结合差和性能低影响了其广泛使用。在制备SiC/Al复合材料的方法中,搅拌铸造法的工艺流程少、操作简单和生产成本低等优点被广泛关注。但是目前搅拌铸造法制备的SiC/A1复合材料存在SiC颗粒润湿性差、分散均匀较差、界面结合强度较差及孔隙较多等问题。因此研究了A1-Ti合金中Ti含量对SiC颗粒的润湿性,研究了球磨预分散制备不同Ti含量的SiC-Ti-Al复合粉末对SiC形貌和复合材料中SiC含量的影响规律,研究了搅拌工艺参数对SiC颗粒的分散性,研究了超声处理对复合材料界面的结合强度,在此基础上,研究了高能超声液态搅拌制备不同SiC含量的(SiC-Al3Ti)/7075A1复合材料的组织、硬度、室温和200℃下的耐磨性及热压缩变形能力具有重要的现实意义。本论文以7075为基体合金,以Ti为活性元素,添加SiC颗粒制备(SiC-Al3Ti)/7075A1复合材料以提高其性能。研究了不同Ti含量的A1-Ti-SiC复合粉末的微观组织形貌。结果表明:活性元素Ti可以改善SiC颗粒的棱角和圆整度。研究了不同Ti含量的铝基复合材料的组织形貌和实际SiC含量。结果表明:Ti元素以Al3Ti相存在于复合材料中,Al3Ti相起到改善SiC颗粒与铝液之间润湿性的作用,当Ti含量为2.0wt.%时,复合材料组织中的SiC颗粒明显增加,且实际含量达到最大值3.04wt.%,但团聚现象严重。研究了A1-Ti合金中Ti含量、温度对A1-Ti合金在单晶SiC的润湿行为的影响规律。结果表明:在1173K下,随着Ti含量的增加,最终接触角逐渐减少,纯铝、0.5wt.%和2.0%wt.Ti含量的A1-Ti合金三组实验的最终接触角分别为79.4°、77.9°和44.5°,2.0wt.%Ti含量的A1-Ti合金比纯铝的接触角降低了43.9%,2.0wt.%Ti含量的A1-Ti合金在单晶SiC的润湿效果最好。在2.0wt.%Ti含量的A1-Ti合金润湿实验结果的基础上,随着温度的不断增加,最终接触角逐渐减小,1073K、1123K、1173K和1223K温度下的最终接触角分别为133.7°、94.4°、44.5°和15.8°,1223K下的2.0wt.%Ti比0.5 wt.%Ti含量的A1-Ti合金的最终接触角降低了88.2%。因此在1223K下2.0wt.%Ti含量的A1-Ti合金与SiC的润湿效果最好。因此制备复合材料Ti的最佳添加量为2.0wt.%。通过正交试验研究了搅拌参数对(SiC-Al3Ti)/7075Al复合材料中SiC的分布、实际SiC含量、密度和硬度的影响规律。搅拌参数可以影响复合材料中SiC的分布、实际SiC含量、密度和硬度。通过极差分析和综合性能分析获得最佳搅拌工艺参数:搅拌温度为800℃,搅拌速度为450r/min,搅拌时间为20min。并通过验证性实验进行了验证。研究了高能超声对复合材料的组织和性能的影响。通过定量金相法对高能超声液态搅拌制备的复合材料组织分析可知,复合材料中的疏松和气孔减少,SiC颗粒团聚减少,孔隙变小,硬度提高。研究了高能超声液态搅拌制备的不同SiC含量的(SiC-Al3Ti)/Al7075复合材料的组织、硬度、室温和高温耐磨性及热压缩变形能力。随着SiC含量的增加,复合材料中SiC相明显增多,复合材料的硬度也逐渐增大,SiC含量5wt.%比1wt.%硬度值提高了17.16%,复合材料的室温和高温耐磨性提高,室温下SiC含量5wt.%比1wt.%的平均摩擦系数降低33.9%,磨损量降低了71.06%,200℃下SiC含量5wt.%比1wt.%平均摩擦系数降低43.75%,磨损量降低了62.04%,采用扫面电子显微镜分析了复合材料的磨损形貌,揭示了室温摩擦机理主要为磨粒磨损,并伴随着粘着磨损,高温摩擦机理主要为氧化磨损,并伴随一定程度的磨粒磨损,随着SiC含量的增加,复合材料的热压缩最大抗压强度显著提高。
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