重力/离心铸造工艺制备Al-9Ni-19Si复合材料组织与性能的对比研究

采用重力铸造和离心铸造方法分别制备了Al-9Ni-19Si复合材料铸件。观察了两种铸造工艺成形铸件的微观组织特征,测试了铸件的硬度及耐磨性能。结果表明:重力铸造Al-9Ni-19Si铸件中,初生Al3Ni/Si颗粒在整体上呈现随机分布的状态;而离心铸造Al-9Ni-19Si铸件形成了3层组织,即聚集有大量初生Al3Ni/Si颗粒的外层,含有较多的初生Si/Al3Ni颗粒的内层以及不含颗粒的中间层。重力铸造铸件的初生Al3Ni/Si颗粒体积分数为19.8%³2.0%,硬度值为4432.0%,硬度值为44⁵1HRB,其耐磨体积损失量为19.78 mm3;而离心铸造筒状零件外层的初生Al3Ni/Si颗粒体积分数最高可达41%,硬度值为52.551HRB,其耐磨体积损失量为19.78 mm3;而离心铸造筒状零件外层的初生Al3Ni/Si颗粒体积分数最高可达41%,硬度值为52.5⁷2.0 HRB,外层的耐磨体积量为11.96 mm3。离心铸造Al-9Ni-19Si铸件获得了具有高颗粒体积分数的初生Al3Ni/Si,增强了复合材料,其硬度及耐磨性能优于重力铸造铸件。     

离心铸造原位TiAlSi/Al-Si复合材料的组织与性能研究

采用离心铸造方法制备Ti Al Si/Al-Si复合材料筒状件,研究铸件沿径向方向的微观组织特征,测试铸件的硬度及耐磨性能。结果表明:复合材料铸件形成了外层聚集大量自生初生Ti Al Si颗粒、内层基本不含初生颗粒的两层组织结构。含有增强颗粒的铸件外层硬度值更大,体积磨损量更小。在离心场中,初生Ti Al Si颗粒的离心运动是形成外层增强复合材料的主要原因。自生颗粒形成了高体积分数颗粒增强区,有效提高了复合材料的硬度与耐磨性能。     

离心铸造原位初生Si/Al3Ni颗粒增强铝基复合材料

采用离心铸造制备原位初生Si和Al3Ni颗粒混合增强铝基复合材料的筒状铸件。通过光学显微镜(OM)、XRD、SEM、EDS以及洛氏硬度计等研究了复合材料的组织和性能。结果表明,所制备的复合材料铸件外层偏聚少量初生Si和大量Al3Ni颗粒,内层偏聚大量初生Si和少量Al3Ni颗粒,中间层没有增强颗粒。从铸件的外层到内层,增强颗粒的含量先降低后升高,复合材料的硬度也呈现出相应的变化规律。分析了离心场中多相流体的运动规律,发现复合材料中增强颗粒的分布与高重力系数G参数条件下初生Si和Al3Ni颗粒的密度以及它们的相互碰撞、粘结等作用有关。     

离心铸造Al-18Si-8Ni复合材料的微观组织分布与性能研究

采用离心铸造方法制备了Al-18Si-8Ni复合材料筒状铸件,使用XRD、SEM及OM观察分析了复合材料的微观组织,并检测了材料的硬度及耐磨性能.结果表明:Al-18Si-8Ni筒状铸件形成了具有大量初晶Al3Ni和Si颗粒的外层、中间基体层以及含有较多初晶Si和少量Al3Ni颗粒的内层的三层组织.铸件外层具有最高的硬度及最大的初晶颗粒体积分数.沿筒状铸件半径方向、轴向方向,初晶Al3Ni分别呈现颗粒状及片状两种形貌,且在半径方向上铸件具有更高的硬度.沿铸件半径方向,随着初晶颗粒体积分数的减少,复合材料的耐磨性能逐渐降低.初晶Al3Ni的离心运动与初晶Si的向心运动是形成Al-18Si-8Ni复合材料三层组织的主要原因.     

离心铸造工艺对Al-12.4Si-7Ti自生复合材料组织与性能的影响

采用离心铸造方法在不同工艺条件下制备Al-12.4Si-7Ti复合材料筒状试件,研究不同工艺对复合材料铸件径向微观组织特征的影响,测试了不同工艺条件下成形铸件的硬度及耐磨性能。结果表明:Al-12.4Si-7Ti复合材料铸件由聚集大量自生初生Ti Al Si颗粒的外层和基本不含初生颗粒的内层两层组织构成。随着浇注温度升高,铸件外层复合层的颗粒体积分数与硬度值逐渐增大,体积磨损量逐渐减少。铸件壁厚对自生颗粒的偏聚效果无明显影响。浇注温度越高,合金的凝固时间越长,越有利于形成高体积分数的颗粒偏聚区。     

离心铸造自生颗粒增强Al-22Si-6Mg复合材料气缸套的制备及性能检测

采用离心铸造工艺制备自生硬质颗粒增强Al-22Si-6Mg复合材料筒状铸件,对铝合金缸套进行高压铸造,获得全铝发动机缸体。研究了铸件沿径向方向的微观组织特征,检测了铸件的耐磨性能。对缸体进行台架试验并进行铝合金缸体传热性能的理论计算。结果表明,Al-22Si-6Mg铸件内层偏聚了大量的自生初生     

离心铸造初生Si及Si/Mg2Si颗粒增强铝基复合材料的组织与性能

采用离心铸造方法制备初生Si颗粒单独增强Al-18Si初生Si/Mg2Si颗粒混合增强Al-18Si-5Mg铝基复合材料活塞。研究内浇口尺寸、浇注温度、模具温度、离心转速对Al-18Si-5Mg活塞的组织的影响,测试两种离心铸造活塞的硬度和耐磨性能,并与重力铸造Al-18Si活塞进行性能对比。结果表明:内浇口厚度尺寸为8mm,浇注温度为770℃,模具温度为400℃,离心转速为800 r/min时,离心铸造获得成形效果好且无铸造缺陷的Al-18Si、Al-18Si-5Mg活塞,活塞顶部及环槽区分别偏聚有大量的初生Si颗粒和初生Si/Mg2Si颗粒,而活塞裙部为无颗粒的基体组织。离心铸造Al-18Si-5Mg活塞在顶部及环槽的硬度比离心铸造Al-18Si活塞的提高了10%,前者的耐磨性能略优于后者;离心铸造Al-18Si-5Mg活塞顶部及环槽的硬度比重力铸造Al-18Si活塞的提高了10%~20%,且前者的平均磨损量仅为后者的60%~68%.     

离心铸造自生颗粒增强Al-16Si-7Ti复合材料的组织与性能

采用离心铸造工艺制备自生颗粒增强Al-16Si-7Ti复合材料筒状件,使用SEM,EDS及OM观察分析复合材料中的微观组织,并研究热处理对复合材料组织与性能的影响。结果表明,筒状铸件由聚集大量自生初生TiAlSi/Si颗粒(增强相)的外层、中间无颗粒基体层以及含有极少量初生Si颗粒的内层3层组织构成。热处理后,铸件中初生TiAlSi增强相的形貌基本没有变化,初晶Si颗粒棱角趋于圆润,树枝状共晶组织溶断、钝化,并呈点棒状弥散分布。复合材料时效态的硬度值(HRB)最高,达67.5;且时效态试样耐磨性明显优于铸态,其体积磨损量较铸态减少65%。     

离心铸造自生初晶Si、Mg2Si颗粒增强Al基复合材料铸件工艺研究

采用不同的离心铸造工艺参数制备了自生初晶Si与Mg2Si颗粒增强Al基复合材料筒状铸件,铸件的内层富含增强颗粒,而外层没有增强颗粒.在铸件切削加工过程中发现,采用高温浇注无冷却水喷淋、低过热浇注无冷却水喷淋,以及高温浇注冷却水喷淋工艺参数得到的铸件,其内部存在明显的缩孔缺陷,而采用低过热浇注冷却水喷淋工艺参数制备的筒状铸件,铸件内部没有发现缩孔现象.对缩孔的形成过程分析发现,内层偏移的大量初晶Si、Mg2Si颗粒与铸型的冷却作用导致了筒状铸件的内壁和外壁同时向铸件心部凝固的对向凝固特征,这种对向凝固使得铸件的内部没有足够的液体进行补缩,最终形成缩孔.     

初生Si及NiAl_3对铝合金硬度和摩擦特性的影响

以Al-14Si-6Ni合金为坯料,采用电磁离心铸造制备了一种自生初生Si颗粒及NiAl_3颗粒共同增强的铝梯度复合材料筒状试样。该复合材料外层含有较高体积分数的初生Si与NiAl_3颗粒形成的增强层;内层含有少量初生Si颗粒并夹杂有大量的气孔和氧化夹渣物。进一步对材料的硬度与摩擦因数进行测定,包括对不同工艺参数下复合材料的微观组织进行分层观察,检测材料各分层的宏观硬度,并对各分层在相同载荷条件下与Si_3N_4的摩擦因数进行研究。结果表明,由于材料的外层存在大量的NiAl_3以及初生Si,不同工艺参数的材料外层的硬度均表现出高于内层的硬度。特别是通过微观压痕比较,发现NiAl_3可以提高初生Si的宏观硬度;同时,通过各层摩擦因数的定量对比分析,发现初生Si和NiAl_3颗粒均可以降低铝合金材料与Si_3N_4之间的摩擦因数。     

电磁离心铸造Al-15Si-6Ni外层颗粒增强梯度材料成形机制

在常规的过共晶Al-Si合金离心铸造成形时,初晶Si颗粒、气孔和夹渣会同时在内层偏聚,降低了Si颗粒在增强层的强化作用。为了避免这一缺点,以Al-15%Si-6%Ni为坯料,采用电磁离心铸造的方式进行成形,成功制备了初晶Si与初晶NiAl_3颗粒在外层偏聚,气孔、夹渣在内层偏聚的梯度复合材料。对不同工艺参数下的多个试样分析显示,在离心力场中,密度较大的初晶NiAl_3颗粒会推动密度较小的初晶Si颗粒一起向外层运动,形成外层具有高体积分数的梯度复合材料。电磁场的施加,有效降低了初晶颗粒的粘连与团聚,并细化了晶粒。     

离心铸造原位Mg_2Si/Al梯度复合材料的组织和耐磨性

采用离心铸造法制备了原位Mg2Si/Al梯度复合材料,研究了初生相Mg2Si的梯度分布,研究了离心转速和磷变质对Mg2Si/Al梯度复合材料组织的影响及作用机理。结果表明,经过离心铸造,原位Mg2Si/Al梯度复合材料的Mg2Si增强相具有明显的U型梯度分布。离心转速越高,梯度分布越明显,相应层Mg2Si尺寸减小或碎化明显,最内层的初生Mg2Si的体积分数随之增加。磷变质的复合材料中,Mg2Si增强相呈现为细小块状,同时发现磷变质后,中间层的宽度由230μm增加到900μm左右。干滑动磨损实验发现,Mg2Si/Al梯度复合材料比HT200具有更优的耐磨性。     

Mg2Si颗粒增强自生铝基复合材料气缸套

采用离心铸造工艺制备初生Si与Mg2Si颗粒混合增强梯度自生铝基复合材料筒状毛坯,并将毛坯加工成气缸套零件,该零件的内壁有2～3 mm厚的颗粒增强层.微观组织显示,内壁增强层中混合颗粒的体积分数高达38%,而外壁没有增强颗粒;硬度与磨损试验表明,增强层具有较高的硬度与良好的耐磨性.磨损过程与复合增强机制表明,初生Si颗粒承担了主要的磨损载荷,Mg2Si相是提高增强效果必不可少的第二相颗粒.     

陶瓷颗粒增强SiC_p/Al铝基复合材料制备和性能研究

采用液态搅拌铸造工艺制备了体积分数为15%和20%的Si C_p/ZL108两种铝基复合材料,通过拉伸测试、组织观察和耐磨性能实验,研究了增强颗粒Si C对基体合金的显微组织、力学性能与耐磨性能的影响。结果表明,在基体ZL108中加入不同体积分数的Si C_p后,颗粒分布均匀,组织致密,增加了复合材料中的位错密度,力学性能、弹性模量得到提高,材料的磨损性能有大幅度的改善,Si C_p的良好支撑作用、导热性能和高体积分数是复合材料耐磨性能优良的主要原因。     

SiC增强汽车缸套用Mg_2Si/Al复合材料的组织与性能研究

研究了不同Si C颗粒添加量的Mg_2Si/Al复合材料的显微组织和耐磨性能,并分析了Si C的增强作用机理。结果表明,未添加Si C的Mg_2Si/Al复合材料中主要物相为Al、Mg_2Si、Si和Al_2Cu相;添加Si C颗粒后,主要物相除了Al、Mg_2Si、Si和Al_2Cu相外,还含有Si C和Mg Al_2O_4相;随着Si C颗粒的添加,Mg_2Si/Al复合材料中初生Mg_2Si相的形态更加规则,平均尺寸有所减小;添加10%Si C的Mg_2Si/Al复合材料的耐磨性能优于未添加Si C的Mg_2Si/Al复合材料和HT200铸铁。     

离心铸造铝基梯度功能复合材料自生Mg2Si/Si颗粒的定量研究

采用热模离心铸造工艺成功制备出了三种不同规格的初生Si/Mg2Si共同增强Al基复合材料筒状零件.对零件增强层颗粒体积分数和粒径的测量发现:随着筒状零件直径的增大,距内壁相等的位置颗粒的体积分数、初晶颗粒的粒径不断增大.而单个零件的初晶Si增强颗粒粒径,由内壁到外壁不断减小,而初晶Mg2Si颗粒粒径则呈相反的趋势.而且增强颗粒的体积分数在距内壁3-4mm处高达26%-29%,随后慢慢下降.     

原位自生TiB_2/2014?Al复合材料挤压铸造

采用氟盐反应法制备了原位自生5vol.%TiB_2/2014Al复合材料,研究了原位自生复合材料挤压铸造成形工艺,以及挤压铸造对复合材料组织和性能的影响。结果表明:挤压铸造能够制备合格的TiB_2/2014复合材料薄壁铸件;相比2014 Al基体合金,复合材料表现出较差的挤压铸造成形性;挤压铸造可减少铸造缺陷,细化基体组织,显著改善原位自生TiB_2颗粒的分散性;与重力铸件相比,复合材料挤压铸件的力学性能显著提高。     

离心铸造Mg2Si和Si自生增强的锌基合金复合材料

采用热模金属型工艺，离心铸造白生增强的Zn-27Al-6．3Mg-3．7Si合金复合材料。研究结果表明；该合金内层聚集大量块状初生Mg2Si、少量块状初生Si，中层不含初生Mg2Si和初生Si，外层含少量初生Mg2Si和初生Si；Zn-27Al-6．3Mg-3．7Si合金在凝固过程中，先后经历了初生Si和初生Mg2Si的析出、富Al的固溶Zn相析出、Mg—Zn化合物的析出，以及发生三元或四元共晶反应；初生Mg2Si和初生Si的位置、数量和分布决定于其内浮速度和离心力场作用下的凝固速度；含有初生Mg2Si和初生Si的内层和外层比中层具有更高的硬度和耐磨性。     

铸造旧砂再生粉尘和废旧易拉罐原位反应制取Al_2O_3颗粒增强Al-Si基复合材料的研究

本研究是在废旧易拉罐中加入铸造旧砂再生粉尘(主要成分为SiO2),原位反应生成Al2O3颗粒增强Al基材料。研究采用粉末冶金的方法,先压制成型再加热烧结。参照TG-DTA分析结果,在温度720℃加热4 h,成功制备了Al2O3/Al-Si基复合材料。并对该复合材料的硬度、抗压强度和耐磨性能进行了测试分析。通过XRD图谱和热力学分析表明:经烧结反应后,该复合材料新生成物相主要为Al2O3。试验结果表明当铸造旧砂再生粉尘的含量控制在20%~30%之间时所得复合材料的硬度、抗压强度和耐磨性能明显高于Al基体。     

表面腐蚀对离心铸造铝基复合材料耐磨性的影响

采用离心铸造制备了Al-10Si-15Mg2Si复合材料.检测了该复合材料内层颗粒增强层在未经过腐蚀处理以及经过10％的NaOH溶液在常温下不同时间的腐蚀预处理后的耐磨性能.结果表明,复合材料增强层的磨损量随着腐蚀时间的延长呈现先降低后增加的变化趋势.讨论了腐蚀预处理对复合材料颗粒增强层耐磨性能的影响机制.