论文部分内容阅读
本文以Al-20Si为基体，加入Ti剂采用熔体原位反应法成功制备了Al3Ti/Al-20Si颗粒增强铝基复合材料，采用两步还原反应法成功制备了(Al3Ti+TiB2)p/Al-20Si复合材料，并利用SEM、XRD、DSC等多种现代分析测试手段，分析了该种材料的显微组织，基体材料特性，增强体特征，测试了复合材料的力学性能和干摩擦磨损性能，并分析了相关的机理。
实验表明:随着Ti含量的增加，Al-20Si合金中初生硅颗粒尺寸长大，从小的多面体长成分枝形态。当Ti加入量从3wt.％提高到5wt.％的过程中，初生硅的大小和形貌基本保持稳定。通过组织研究和DSC测试，分析其原因是:Ti元素的添加“毒化”了形核核心，并通过促进α-Al“晕圈”的生长，减小了对Si的抑制作用，最终导致了初生硅的长大。同时，提高熔体温度到1000℃时，产生了尺寸较小，形貌圆整的初生硅(10～20μm)和Al3Ti(5～15μm)颗粒。
用两步反应法制备(Al3Ti+TiB2)p/Al-20Si原位复合材料的最佳工艺为:第一步，在850℃，加入KBF4+K2TiF6(摩尔比是2.3∶1)，保温40～45min，生成TiB2颗粒;第二步，升温到1000℃，加入Ti剂。生成的Al3Ti在20μm左右，呈长条形和短棒状，TiB2在1μm左右，呈短棒状和多边形状。
力学性能实验结果表明:通过原位反应法制备的(Al3Ti+TiB2)p/Al-20Si复合材料的力学性能较基体合金材料有了较大的提高，随着增强颗粒体积分数的增加，复合材料的强度提高，伸长率降低，当颗粒体积分数达到11vol.％时，复合材料的强度提高到192.1MPa，较基体上升了41.7％，而伸长率下降到1.1％。(Al3Ti+TiB2)p/Al-20Si复合材料的断裂方式主要为解理断裂。
复合材料的干摩擦磨损性能表明:加入1wt.％Ti合成的Al3Ti/Al-20Si颗粒增强铝基复合材料，摩擦磨损性能最好。而随着载荷的增加，基体合金和复合材料的磨损量都随之增大;但在同一载荷、相同干滑动磨损时间下，复合材料的磨损量要远小于基体合金。在磨损载荷为220N时，11vol.％体积分数的复合材料的磨损量为74mg，而基体合金的磨损量为115mg，基体合金的磨损量为复合材料的1.5倍。(Al3Ti+TiB2)p/Al-20Si复合材料磨损表面生成了Al2O3等氧化物，磨损机制以氧化磨损为主。