sic颗粒增强铝基复合材料制备工艺技术研究（本科毕业论文设计）.doc
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sic颗粒增强铝基复合材料制备工艺技术研究（本科毕业论文设计）,sic颗粒增强铝基复合材料制备工艺技术研究（本科毕业论文设计）摘 要本论文研究了半固态搅拌法制备sic颗粒增强zl104合金复合材料的制备工艺，并对复合材料进行了性能检测。研究结果表明材料制备装置合理可行，工艺流程简单，对制备工艺参数进行合理优化后可以制备出了总量32﹌的sic颗粒分布均匀、孔隙率为4.2％的sic颗粒...
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SiC颗粒增强铝基复合材料制备工艺技术研究（本科毕业论文设计）
摘 要
本论文研究了半固态搅拌法制备SiC颗粒增强ZL104合金复合材料的制备工艺，并对复合材料进行了性能检测。研究结果表明材料制备装置合理可行，工艺流程简单，对制备工艺参数进行合理优化后可以制备出了总量32㎏的SiC颗粒分布均匀、孔隙率为4.2％的SiC颗粒增强铝基复合材料；对SiC颗粒进行900℃的高温焙烧预处理后，在SiC颗粒表面层分布着一薄层SiO2，有效的促进了SiC颗粒的润湿；对复合材料的组成相结构运用XRD进行分析表明，复合材料主要组成相包括SiC、初生α(Al)相、共晶硅(Si)和SiO2，没有Al3C4化合物生成；从扫描曲线的变化看出基体合金和界面层间较长距离内几乎没有发生原子相互扩散、无界面相生成和成分偏析，避免了界面处有害化学反应的发生，在较窄的界面层形成连续变化的过渡带；SiC颗粒增强ZL104合金复合材料的硬度较基体合金略微有所增加，而抗拉强度和延伸率较基体合金的却有相应的降低，这与材料孔隙率高、颗粒聚集割裂了材料的连续性有着密切关系。
关键词：金属基复合材料，SiC颗粒，ZL104合金，制备工艺，机械性能
ABSTRACT
The research is aimed to study the fabrication process of ZL104 alloy composites reinforced by SiC particles with the processes of semi-solid stirring, and to test the property of composites.. The results indicate that the equipment and process are feasible. The aluminum matrix composite, with the weight of nearby 32 kg and the porosity of 4.2%, reinforced by SiC particles was manufactured after the preparation technology parameters optimized, and the particles dispersed in the matrix uniformly. There is a thin layer of SiO2 in the surface of SiC particles pre-oxidised at 900℃ for 8 hours, which effectively promotion wetting of the SiC particles. XRD analysis indicated that the main phases of the composites include SiC, primary α(Al) phase, eutectic silicon(Si) and SiO2, and there is no Al3C4 in composites. There is almost no atomic diffusion composition segregation in the long distance between the matrix alloy and SiC particles, it is indicated the hazardous chemical reaction was avoided at the interface. A continuous variation transitional zone was formed in a narrow interface zone. The hardness of SiC particles reinforced ZL104 alloy composite materials has increased than the matrix alloy, but the tensile strength and elongation has reduced, which attribute to the high porosity and the discontinuity of materials for the fragmented particles in composites.
Key words：Metal matrix composite, SiC particle, ZL104 alloy, fabrication process, mechanical properties
目 录
中文摘要 I
英文摘要 II
1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 铝基复合材料 1
1.2.1 铝基复合材料分类 1
1.2.2 铝基复合材料的性能特点 2
1.2.3 铝基复合材料的应用 2
1.2.4 颗粒增强铝基复合材料的发展趋势 4
1.3 颗粒增强铝基复合材料的制备工艺 5
1.4 半固态机械搅拌法制备颗粒增强铝基复合材料的关键技术 6
1.4.1 增强颗粒与基体材料的界面润湿性 6
1.4.2 增强颗粒与基体材料的界面反应 7
1.4.3 复合材料中的气孔、空洞缺陷 7
1.4.4 复合材料中颗粒分布的均匀性 8
1.4.5 复合材料制备过程中搅拌器的腐蚀 8
1.5 颗粒增强铝基复合材料零件的成形特性 8
1.6 本论文的选题目的与研究内容 9
1.6.1 本论文的研究目的 9
1.6.2本课题的研究内容 9
2 复合材料制备工艺 10
2.1 试验材料的选择 10
2.1.1 基体材料 10
2.1.2 增强体材料 10
2.2 工艺方法 10
2.3 复合材料制备装置 11
2.3.1 复合材料制备装置 11
2.3.2 颗粒预处理装置 12
2.4 试样检测方法 13
2.4.1 SiC颗粒体积分数的测量 13
2.4.2 复合材料密度的测量 13
2.4.3 复合材料孔隙率的测量 14
2.4.4 硬度测试 15
2.4.5 微观组织观察 15
2.4.6 拉伸性能测试 15
3 复合材料制备工艺研究 16
3.1 颗粒与基体相对体积含量的确定 16
3.2 SiC颗粒预处理工艺的确定 16
3.3 熔体搅拌温度的确定 16
3.4 SiC颗粒加入工艺参数的确定 17
3.5 搅拌器位置的确定 17
3.6 搅拌速度的确定 18
3.7 半固态合金与SiC颗粒混合搅拌时间的确定 18
3.8 合金液的混合温度的确定 18
3.9 复合材料制备工艺 19
3.9.1 复合材料制备的工艺过程 19
3.9.2 复合材料制备的工艺 20
4 研究结果与分析 22
4.1 复合材料制备试样的微观组织结构 22
4.2 复合材料界面结构特征的研究 24
4.3 重力铸造复合材料性能分析 25
5 结论 28
致 谢 29
参考文献 30
摘 要
本论文研究了半固态搅拌法制备SiC颗粒增强ZL104合金复合材料的制备工艺，并对复合材料进行了性能检测。研究结果表明材料制备装置合理可行，工艺流程简单，对制备工艺参数进行合理优化后可以制备出了总量32㎏的SiC颗粒分布均匀、孔隙率为4.2％的SiC颗粒增强铝基复合材料；对SiC颗粒进行900℃的高温焙烧预处理后，在SiC颗粒表面层分布着一薄层SiO2，有效的促进了SiC颗粒的润湿；对复合材料的组成相结构运用XRD进行分析表明，复合材料主要组成相包括SiC、初生α(Al)相、共晶硅(Si)和SiO2，没有Al3C4化合物生成；从扫描曲线的变化看出基体合金和界面层间较长距离内几乎没有发生原子相互扩散、无界面相生成和成分偏析，避免了界面处有害化学反应的发生，在较窄的界面层形成连续变化的过渡带；SiC颗粒增强ZL104合金复合材料的硬度较基体合金略微有所增加，而抗拉强度和延伸率较基体合金的却有相应的降低，这与材料孔隙率高、颗粒聚集割裂了材料的连续性有着密切关系。
关键词：金属基复合材料，SiC颗粒，ZL104合金，制备工艺，机械性能
ABSTRACT
The research is aimed to study the fabrication process of ZL104 alloy composites reinforced by SiC particles with the processes of semi-solid stirring, and to test the property of composites.. The results indicate that the equipment and process are feasible. The aluminum matrix composite, with the weight of nearby 32 kg and the porosity of 4.2%, reinforced by SiC particles was manufactured after the preparation technology parameters optimized, and the particles dispersed in the matrix uniformly. There is a thin layer of SiO2 in the surface of SiC particles pre-oxidised at 900℃ for 8 hours, which effectively promotion wetting of the SiC particles. XRD analysis indicated that the main phases of the composites include SiC, primary α(Al) phase, eutectic silicon(Si) and SiO2, and there is no Al3C4 in composites. There is almost no atomic diffusion composition segregation in the long distance between the matrix alloy and SiC particles, it is indicated the hazardous chemical reaction was avoided at the interface. A continuous variation transitional zone was formed in a narrow interface zone. The hardness of SiC particles reinforced ZL104 alloy composite materials has increased than the matrix alloy, but the tensile strength and elongation has reduced, which attribute to the high porosity and the discontinuity of materials for the fragmented particles in composites.
Key words：Metal matrix composite, SiC particle, ZL104 alloy, fabrication process, mechanical properties
目 录
中文摘要 I
英文摘要 II
1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 铝基复合材料 1
1.2.1 铝基复合材料分类 1
1.2.2 铝基复合材料的性能特点 2
1.2.3 铝基复合材料的应用 2
1.2.4 颗粒增强铝基复合材料的发展趋势 4
1.3 颗粒增强铝基复合材料的制备工艺 5
1.4 半固态机械搅拌法制备颗粒增强铝基复合材料的关键技术 6
1.4.1 增强颗粒与基体材料的界面润湿性 6
1.4.2 增强颗粒与基体材料的界面反应 7
1.4.3 复合材料中的气孔、空洞缺陷 7
1.4.4 复合材料中颗粒分布的均匀性 8
1.4.5 复合材料制备过程中搅拌器的腐蚀 8
1.5 颗粒增强铝基复合材料零件的成形特性 8
1.6 本论文的选题目的与研究内容 9
1.6.1 本论文的研究目的 9
1.6.2本课题的研究内容 9
2 复合材料制备工艺 10
2.1 试验材料的选择 10
2.1.1 基体材料 10
2.1.2 增强体材料 10
2.2 工艺方法 10
2.3 复合材料制备装置 11
2.3.1 复合材料制备装置 11
2.3.2 颗粒预处理装置 12
2.4 试样检测方法 13
2.4.1 SiC颗粒体积分数的测量 13
2.4.2 复合材料密度的测量 13
2.4.3 复合材料孔隙率的测量 14
2.4.4 硬度测试 15
2.4.5 微观组织观察 15
2.4.6 拉伸性能测试 15
3 复合材料制备工艺研究 16
3.1 颗粒与基体相对体积含量的确定 16
3.2 SiC颗粒预处理工艺的确定 16
3.3 熔体搅拌温度的确定 16
3.4 SiC颗粒加入工艺参数的确定 17
3.5 搅拌器位置的确定 17
3.6 搅拌速度的确定 18
3.7 半固态合金与SiC颗粒混合搅拌时间的确定 18
3.8 合金液的混合温度的确定 18
3.9 复合材料制备工艺 19
3.9.1 复合材料制备的工艺过程 19
3.9.2 复合材料制备的工艺 20
4 研究结果与分析 22
4.1 复合材料制备试样的微观组织结构 22
4.2 复合材料界面结构特征的研究 24
4.3 重力铸造复合材料性能分析 25
5 结论 28
致 谢 29
参考文献 30
