SiC_p/7075复合材料的制备及磨损性的研究

【摘要】铝基复合材料最近广受相关专家和业者瞩目，其中关于SiC颗粒增强方面，研究比较深入。在实际生产中，7XXX系的超高强铝合金以其优越的性能备受人们的青睐。以超高强铝合金作为基体的颗粒增强复合材料现今多采用喷射沉积法，而机械搅拌法外加SiC颗粒增强铝基复合材料的研究业已完善。普通状态下生产出的复合材料成品，无论是组织还是性能，往往出现难以避免的缺陷，对材料进行近一步处理也是生产中必须考虑的问题。基于上述考虑，开展了以下研究。本文采用机械搅拌铸造法制备了SiCp/7075复合材料。通过实验，获得了在自制搅拌装置条件下，制备复合材料最佳的工艺参数：即500r/min，750℃，30min条件下制备的复合材料，SiC颗粒分布较为均匀，气孔及氧化缺陷极少，显微组织和力学性能最好。复合材料由α-Al，SiC和少量第二相构成，大部分SiC分布在晶界处。晶粒的形核长大会受到SiC较大的阻力，因而晶粒尺寸变小。本文对SiCp/7075复合材料进行了挤压铸造。挤压铸造过程中出现的类似于模锻中的塑性变形会对材料的整个凝固过程产生新的影响，得到的组织会更致密，缺陷几乎消失。晶粒比挤压前要均匀规范；部分SiC颗粒由于挤压力的作用被拉断，进一步分散。挤压铸造后的复合材料比铸态10wt.%SiCp/7075复合材料硬度增加16.5%，比铸态7075合金的硬度增加37.9%。这说明对材料进行挤压铸造，对性能都有明显地提高。本文对SiCp/7075复合材料进行了T6热处理。通过实验得到的T6热处理工艺参数为：465℃固溶40min+130℃时效16h。时效过程中会出现“双峰现象”。经实验结果及分析可知，第一个时效峰析出相为GP区，与基体共格，强化机制为沉淀强化；第二个时效峰析出相为T′(Al2Mg3Zn3)，与基体半共格，强化机制为弥散强化。SiC的加入会在其与7075基体界面附近形成高密度的位错，同时产生的还有晶界，界面等缺陷，这些缺陷会加速扩散。因此复合材料达到时效峰值的时间要比7075合金缩短。本文还研究了SiCp/7075复合材料的磨损行为。磨粒粒度固定不变，各种材料的磨损率都会随着载荷的增大而上升。挤压铸造+T6热处理后的SiCp/7075复合材料的磨损率整体上要好于其它五种材料。各种材料的磨损率随着磨粒粒度的提高，越来越大。挤压铸造+T6热处理后的SiCp/7075复合材料的磨损率仍然是其中表现最好的。经分析可知，挤压铸造+T6复合材料的磨损性能优于其它材料原因为：T6热处理消除了残余应力，产生缺陷的可能降低；增强体SiC在磨损过程中会裸露在基体表面，支撑起基体，阻碍基体进一步磨损；挤压铸造时，挤压力改变了材料的凝固过程，晶粒被细化，组织密实度也得到了增强，这会有效遏制磨粒嵌入基体，阻止犁沟扩大。
【作者】张文源；
【导师】赵宇光；
【作者基本信息】吉林大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】SiC_p/7075复合材料；搅拌铸造；挤压铸造；T6热处理；磨粒磨损；

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