【摘 要】
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复合材料由于具有强度高、耐磨性好、热膨胀系数低等诸多优点,被广泛应用于交通领域、航空航天领域和能源电力等领域。现阶段在材料研究工作中,主要研究方向为金属基复合材料,而铝基复合材料由于其优异的综合性能和低廉的成本成为主流。随着交通领域对汽车等运行车辆高速度、轻量化、低能耗等要求,人们愈来愈重视颗粒增强铝基复合材料在汽车零部件例如汽车活塞和制动盘等的研究。由于汽车制动盘长时间处于高速摩擦中,经常出现磨
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复合材料由于具有强度高、耐磨性好、热膨胀系数低等诸多优点,被广泛应用于交通领域、航空航天领域和能源电力等领域。现阶段在材料研究工作中,主要研究方向为金属基复合材料,而铝基复合材料由于其优异的综合性能和低廉的成本成为主流。随着交通领域对汽车等运行车辆高速度、轻量化、低能耗等要求,人们愈来愈重视颗粒增强铝基复合材料在汽车零部件例如汽车活塞和制动盘等的研究。由于汽车制动盘长时间处于高速摩擦中,经常出现磨损、脆性断裂和机械疲劳失效等问题,本项研究旨在探索如何实现更高的硬度和更佳的耐磨性,并且也保留材料的韧性。研究过程中,主要借助对其成分进行优化来改善AlSi10Mg组织、性能。此次,本课题还对固溶和T6热处理对样品的组织和性能的影响展开了研究。概括起来本文的主要内容为利用选择性激光熔化(SLM)技术,分别制备出AlSi10Mg、AlSi10Mg+GNPs、AlSi10Mg+SiC 和 AlSi10Mg+1%GNPs+SiC 复合材料试样,然后借助真空炉来完成对AlSi10Mg+GNPs试样的热处理操作。完成样品制备工作后,通过X射线衍射实验(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)分析、能谱(EDS)分析、显微硬度测试、摩擦磨损测试和纳米压痕测试对样品的显微组织和力学性能进行观察与测量。实验结果表明,当GNPs添加量为1%和2%时,样品晶粒明显细化,共晶Si数量减少。这种微观层面的良性变化给试样带来了力学性能的提高。显微硬度提高了2.9%~4.4%,耐磨性也有所提高。而热处理温度与晶粒尺寸的增长成正比,随着固溶温度的升高,晶粒长度变大,显微组织变大。固溶热处理后,试样的硬度先降低后升高。在450℃、500℃和550℃下进行固溶热处理后,样品的平均硬度分别为101.87 HV、129.36 HV和149.88 HV。随着固溶条件下热处理温度的升高,经由T6热处理的复合材料试样微观结构中的黑点显著减少,热影响区的Si相也发生断裂。此外,随着晶粒长大,显微组织中出现了针状共晶硅。在固溶热处理后进行T6热处理,试样的平均硬度略有提升,分别为109.29HV、137.23HV和130.28HV。500℃固溶处理后的试样摩擦磨损性能最好。经450℃固溶时效处理后的试样极限抗压强度远大于其他试样,而未经热处理的试样位移-应变曲线曲折,热处理后的试样曲线增长平缓,表现出良好的压缩性能。SiC陶瓷增强颗粒在AlSi10Mg基体中分布均匀,无明显团聚现象。通过1%GNPs-SiC颗粒的混杂增强,晶粒结构由粗柱状晶粒转变为细等轴晶粒和少量短棒状晶粒。AlSi10Mg+5%SiC和AlSi10Mg+1%GNPs+5%SiC复合材料的平均硬度最高,相对于AlSi10Mg+1%GNPs分别提高了 29%和32.5%。SiC的添加提高复合材料的塑性,而SiC复合1%GNPs的添加更能够使材料的塑性均匀。
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