功能梯度复合材料(FGM)是一种组织、成分以及性能沿某一特定方向呈梯度变化的新材料,材料的不同部位具有不同的性能,从而可以在不同的工况下使用.由于液态法制备复合材料的高效率、低成本和操作简单而倍受关注,但是由于颗粒与基体金属的润湿性差(特别当颗粒粒度小于10μm时),使液态法制备遇到一些难题.同时,陶瓷颗粒增强的铝基FGM的颗粒富集区具有多种优良的性能,但是以往在利用离心铸造法制备铝基功能梯度复合管(FGCT)时,陶瓷颗粒富集区却只能分布在复合管的外层,使复合管的使用范围受限.该文利用预制件加入法、无旋涡机械搅拌法以及半固态机械搅拌法三种液态法制备了陶瓷颗粒增强的铝基复合材料,三种方法都能成功地解决陶瓷颗粒与基体金属润湿性差的难题.特别是利用半固态机械搅拌法制备了颗粒粒度为3.5μm,不同颗粒体积分数的纯铝基复合材料,这是液态法制备铝基复合材料的一大进步.该文利用液态法制备浆体,水平式离心铸造机成型的方式,通过对浇注温度、铸模预热温度、颗粒入炉顺序以及铸件凝固冷却条件等工艺参数的调整,成功地制备了陶瓷颗粒富集区分别位于外层、内层以及内外层同时分布的正梯度、负梯度、内外层同时强化的铝基FGCT.而后两种FGCT的离心铸造法制备目前尚属首次. 在正梯度FGCT中,陶瓷颗粒体积分数沿径向从外表面至内表面逐渐降低,负梯度FGCT的颗粒分布与其相反,而内外层同时强化的FGCT的陶瓷颗粒在径向的分布状况相当于正梯度和负梯度FGCT的迭加.当陶瓷颗粒粒度较小时,例如3.5、10μm,陶瓷颗粒的加入将显著改变基体铝合金的微观组织,细化了铝合金基体的Al-Si共晶相.