原位al2o3颗粒增强6063铝基复合材料的化学组成和性能关系优化设计.doc

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摘要 本文运用熔体原位反应技术制备Al2O3颗粒增强6063AL复合材料，利用金相显微镜、X射线衍射物相分析、扫描电子显微镜和能谱分析，观察该复合材料的微观组织、相组成和内生颗粒的形貌、尺寸及分布特征。控制熔体温度为850℃，反应物为氟锆酸钾（K2ZrF6）、硼砂（Na2B4O7•10H2O）、6063AL，反应10分钟并搅拌5分钟，再进行精炼扒渣，在720℃时浇筑成复合材料铸锭。通过颗粒质量分数为3%的复合材料在X射线衍射图，得知通过6063Al-K2ZrF6-Na2B4O7反应体系可于铝熔体内生成原位Al2O3增强颗粒。

改变反应时间的实验结果表明，当反应时间为5min时，反应并不充分，体系内存在大量夹杂物质。当反应时间为10min时，Al2O3颗粒生成量增多，同时反应物质和杂质减少。当反应时间为15min时，反应生成的Al2O3颗粒数量继续增加，但是颗粒尺寸有趋向长大和团聚的趋势。

研究复合材料的再结晶退火，通过分析不同热处理条件下（450°C、520°C、590°C再结晶退火2min、5min）复合材料的微观组织，得到复合材料在热处理过程中组织演变的规律。

关键词：原位反应，Al2O3/6063AL，再结晶退火

 

Optimum design of chemical composition and performance relationship of Al2O3p/6063 by using a melt-situ reaction

Abstract Al2O3/6063AL is prepared by using a melt-situ reaction technique and is studied in its chemical composition and performance relationship optimization.Using optical microscopy,X-ray diffraction phase analysis (XRD)Scanning electron microscopy (SEM) and spectroscopy (EDS),study the microstructure of the composite material,phase composition and morphology of the endogenous particles,the size and distribution of the test room temperature composite materials,high temperature tensile properties.Control melt temperature of 850 ℃, reactant is potassium fluorozirconate (K2ZrF6), borax (Na2B4O7•10H2O), 6063AL, 10 minutes and stirred for 5 minutes, then refining slag pouring into composites at 720 ℃ ingot. By particle mass fraction of 3% of the composite material in X-ray diffraction pattern, that by 6063Al-K2ZrF6-Na2B4O7 reaction system to generate in situ Al2O3 particles reinforced aluminum melt .

    Experimental results show that the change in reaction time, when the reaction time is 5min, the reaction is not sufficient, the system memory in a large number of mixed material. When the reaction time was 10min when, Al2O3 particles increased generating capacity, while the reaction mass and reduce impurities. When the reaction time was 15min, the number of reaction of Al2O3 particles continue to increase, but the particle sizes tend to grow up and reunite trend.

    Composites recrystallization annealing by heat treatment under different conditions (450 ℃, 520℃, 590℃, recrystallization annealing 2min, 5min) composite microstructure give law Composites Evolution during heat treatment .

Keywords in-situ reaction,Al2O3/6063AL,recrystallization annealing

 

第一章 绪论

1.1选题的意义

    随着科学技术的飞速发展，材料的性能要求越来越高。可以预见，新的金属材料的开发和应用将成为金属材料行业的21世纪的重要特征之一[1]。其中适应特殊条件的复合材料，是未来发展的焦点。

    材料的比刚度和比强度更高，材料的耐热性和耐磨损性越好，应用范围就越广泛，且该使用寿命更长。铝基复合材料，由于其比强度高，模量高，耐磨性好等优异的性能，作为一种新型高性能结构材料，在航空、航天等领域有着广泛的应用[2-4]。目前，基于铝的复合材料已被用于在民用高温部件来代替钢、钛等传统金属材料。

原位颗粒增强铝基复合增强体是由在基体内部直接成核和生长的热力学稳定相，与外部增强相比较，具有粒径小，没有污染颗粒表面干净，且界面相容性好，高温服务条件下具有更大的优势[5-7]。例如，林雪冬[8]通过离心铸造方法来制备的初晶Si/Mg2Si颗粒增强A1-Si-Mg复合材料。实验测量气缸的温度明显降低，提高了基体的传热性能。复合加工成水冷发动机铝合金缸体和安装在长安集团“镭蒙”牌面包车，圆满完成了最初的3万公里，目前运行良好。由于原位颗粒增强铝基复合材料