颗粒状Mg_2Si增强过共晶Al-20%Si基复合材料的制备

题名:颗粒状Mg_2Si增强过共晶Al-20%Si基复合材料的制备
作者:陈明
学位授予单位:江西理工大学
关键词:Mg_2Si /Al-Si复合材料;;铸造工艺;;复合变质;;热处理;;力学性能
摘要:
 颗粒增强铝基复合材料具有高比强度和比刚度、耐磨、耐疲劳、低热膨胀系数等许多优异的力学性能和物理性能,在航空航天、汽车、电子等领域具有广泛的应用前景。本文采用熔体直接反应法制备了Mg_2Si增强过共晶Al-20%Si合金及其复合材料。研究了Mg_2Si/Al-Si复合材料的最佳铸造工艺参数;通过改变Mg的加入Magnet lifter量制备了不同Mg_2Si含量(10%、12%、15%、18%、20%)的Mg_2Si/Al-Si复合材料;通过添加不同含量的P和稀土La对20%Mg_2Si/Al-Si复合材料进行复合变质处理;对最佳复合变质处理后的20%Mg_2Si/Al-Si复合材料进行热处理;对Mg_2Si/Al-Si复合材料的硬度以及耐磨性能进行了研究。研究结果如下:
 (1)浇注温度为750℃时,复合材料中Mg_2Si和初晶硅晶粒均匀细小,硬度和耐磨性能较好;提高冷却强度有利于复合材料得到较好的显微组织及提高复合材料的硬度和耐磨性能。最优化铸造工艺为:750℃浇注,直接水冷。
 (2)随着Mg_2Si含量的增加,Mg_2Si/Al-Si复合材料中初生Mg_2Si相的形态由多边形块状(10%-12%)转变为十字架的汉字状结构(15%),最后聚集长大成粗大的树枝晶(18%-20%)。
 (3) P、La复合变质改变了20%Mg_2Si/Al-Si复合材料显微组织中初生Mg_2Si相的形态和尺寸。经0.1%的P及0.54%的La复合变质处理后,显微组织中初生Mg_2Si相由粗大的树枝状转变成圆整的小颗粒状,尺寸可降低到14μm左右。
 (4) P元素变质机理是与Al形成AlP化合物作为初生Mg_2Si相异质形核核心,促进初生Mg_2Si相的形核,达到细化初生Mg_2Si相的效果。La元素的变质机理为形成一些白色的针状或块状富La相,优先吸附到初生Mg_2Si相的生长前沿,从而引起晶格畸变改变了Mg_2Si的表面能,抑制它的异向生长,达到改变初生Mg_2Si相http://www.999magnet.com/products/131-magnetic-lifter形态的作用。
 (5)复合变质提高了20%Mg_2Si/Al-Si复合材料的硬度和耐磨性能。当添加0.1%的P及0.54%的La进行复合变质时,材料的性能达到最佳;与未变质时材料性能相比,硬度提高了26.25%,耐磨性能提高了55.6%。
 (6)本实验所采用的最佳热处理工艺参数为:固溶温度为500℃,固溶时间为10小时,室温水冷介质淬火,转移时间不超过15秒,时效温度为175℃,时效时间为10小时。经最佳热处理工艺处理后,复合材料的硬度和耐磨性能分别提高了21.76%和60.3%。
 本研究所得结果改善了Mg_2Si/Al-Si复合材料的组织结构,提高了材料的硬度和耐磨性能,对Mg_2Si/Al-Si复合材料的实际应用有一定的指导意义。
学位年度:2010