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本研究采用氩弧焊设备在L1060A1板表面氩弧堆焊制备了SiCp/Al复合材料层以及在铜模上氩弧熔炼制备了多相增强铝基复合材料,用金相显微镜、扫描电镜和能谱仪分析了微观组织和成分分布,用X射线衍射仪分析了物相组成,并测试了硬度。主要研究内容包括：
⑴填加试制的含6.5％SiC颗粒的实心焊丝在铝板表面氩弧堆焊制备SiCP/Al复合材料层。采用MIG焊的堆焊层中遍布气孔,气孔周围SiC颗粒聚集,生成较多细小的Al4C3脆硬相:采用TIG焊的堆焊层中气孔较小而少,SiC颗粒分布较为均匀,基本保持原有形态,无Al4C3,硬度为72.84HV,较L1060A1的48.74HV有所提高。但由于焊丝制备问题,堆焊时不能完全消除气孔。
⑵在铝板表面预置Al-10%SiC-5%Ti压制粉块进行氩弧熔覆SiCp/Al复合材料层,熔覆层中无气孔,SiC颗粒保持原有形态且分布均匀,Ti的加入阻止了Al4C3的生成,熔覆层硬度为90.36HV和59.1HB,较母材L1060A1的48.74HV和27.1HB有较大提高,但粉块和母材间熔合较为困难。
⑶将Al-10%SiC-5%Ti和Al-15%SiC-5%Ti的粉末压块后,分别在普通铜模和添加水冷装置的铜模中氩弧熔炼制备SiCp/Al复合材料。所得合金块中SiC颗粒分布较为均匀,与Al基体结合良好,Si快速扩散生成Al-Si共晶。铜模在水冷条件下,利于晶粒细化,且生成较多的Al3Ti和TiC,与外加的SiC颗粒共同起到增强作用。将合金块作为填充材料在L1060A1表面氩弧堆焊SiCP/Al复合材料层,维氏硬度分别达到98.52HV和114.9HV,布氏硬度分别达到63.0HB和75.2HB,较母材大为提高,且堆焊层成形较好。
⑷使用水冷铜模氩弧熔炼制备Al-Fe、SiC、TiC多元增强铝基复合材料,在Al-10%SiC-5%Ti粉末中加入Fe粉,Fe、Al摩尔比1:1时,SiC颗粒溶解较多,生成枝状Al-Fe化合物、短条状Al3Ti和细小的TiC颗粒,维氏硬度达590.7HV,但Fe粉的加入,使电弧不稳定,合金块成形较差且硬脆。加入15%Fe-Si45,生成条状分布的Al2FeSi,维氏硬度达112.SHV;Fe-Si45的含量提高至22.5%,生成块状、均匀分布的Al-Fe-Si金属间化合物和细小的TiC颗粒,维氏硬度达426.0HV。加入Fe-Si45,Si扩散快,促进了Fe、Al间的反应而生成Al-Fe-Si三元化合物,且电弧较为稳定,合金块成形较好,但材料硬脆,难以直接进行堆焊试验。