高频脉冲磁场下原位合成(Al3Zr+Al2O3)p/Al复合材料

在高频磁场中施加脉冲信号,产生脉冲涡流磁场,感应线圈内部磁场分布趋向均匀,并在熔体内出现一定强度的振荡和扰动现象.该外场作用下选用Al-Zr(CO3)2作为反应组元通过熔体直接反应法原位合成了Al3Zr、Al2O3增强颗粒铝基复合材料,粒度2～3μm,颗粒在基体中弥散均匀分布.热力学和动力学分析表明:脉冲涡流磁场促进了传热传质和扩散过程,改善了原位合成过程动力学条件.     

原位生成(Al2O3+Al3Zr)p/A359复合材料的电磁制备及磨擦性能

利用A359-Zr(CO3)2体系,原位反应合成法制备(Al2O3 Al3Zr)p/A359颗粒增强铝基复合材料,在制备过程中施加低频交变电磁场进行搅拌以提高复合材料性能.干滑动磨擦试验表明,复合材料的耐磨擦性比纯基体合金明显提高,施加电磁搅拌后复合材料在较大载荷下的耐磨性提高,磨损量随载荷增加的瞬变载荷由58.8 N提高到78.8 N.磨损表面的SEM分析显示:纯基体合金为粘着磨损和剥层磨损,复合材料的磨损为磨粒磨损为主,施加电磁搅拌后的复合材料为纯磨粒磨损.     

电磁搅拌法合成(Al2O3+Al3Zr)p/A356复合材料的凝固组织

在电磁搅拌作用下用A356-Zr（CO3）2组元通过熔体反应法原位合成了Al2O3、Al3Zr颗粒增强铝基复合材料，扫描电镜观察试样凝固组织发现：复合材料中内生增强颗粒粒度为1～3μm，并随着搅拌强度的增加，增强颗粒在基体中的体积分数和弥散度显著提高，原因是电磁搅拌促进了传热和传质扩散，改善了原位合成动力学条件；同时Si相形貌由片状初晶硅向针状、细棒状共晶Si转变，随搅拌强度的增加硅相变质，这是电磁搅拌和内生颗粒共同作用的结果。     

电磁铸造法制备的(Al2O3+Al3Zr)p/A359复合材料的磨损行为

利用A359-Zr(CO3)2体系原位反应合成法制备(Al2O3 Al3Zr)p/A359颗粒增强铝基复合材料,在制备过程中施加低频交变电磁场进行搅拌以提高复合材料的耐磨性能.干滑动摩擦磨损试验表明:复合材料的耐摩擦性比纯基体合金明显提高,施加电磁搅拌后复合材料的耐摩擦性进一步提高,特别是在较大载荷下的耐摩擦性大幅提高,从轻微磨损到急剧磨损的临界转变载荷由58.8 N提高到78.8 N.磨损表面的SEM分析显示:纯基体合金为粘着磨损和剥层磨损,复合材料的磨损为以磨粒磨损为主和少量的剥层磨损,施加电磁搅拌后的复合材料为纯磨粒磨损.     

脉冲磁场下原位合成(Al2O3+Al3Zr)p/Al复合材料的微观组织及力学性能

采用熔体反应法,以Al-ZrSiO4为反应体系,在反应过程中施加脉冲磁场,原位合成Al3Zr和Al2O3颗粒增强铝基复合材料.X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和电子探针(EPMA)分析表明:脉冲磁场作用下,原位合成的颗粒细小,尺寸为1～3 μm,且弥散分布于基体中;随外加脉冲磁场强度的增大,反应生成的增强颗粒变得更加细小,分布更均匀.拉伸实验结果表明:脉冲磁场作用下原位合成复合材料的抗拉强度随着脉冲磁场强度的增大而升高,当磁场强度为0.05 T时,复合材料的抗拉强度比未施加脉冲磁场的复合材料提高28%;伸长率随磁场强度的增大略微下降.拉伸断口形貌分析表明:脉冲磁场作用下复合材料断口形貌中的韧窝和撕裂纹大大减少,但仍属于塑性断裂.     

高频磁场下制备颗粒增强铝基梯度复合材料

通过向Al-20%Mg2Si-5%Si母合金中加入10%SiO2颗粒,制得颗粒增强复合材料Al-14.9%Mg2Si-10.3%Si-11.8%MgAl2O4,然后重熔母合金和复合材料,利用高频磁场的电磁相分离法分别成功制备了Al-20%Mg2Si-5%Si(样品1)和Al-14.9%Mg2Si-10.3%Si-11.8%MgAl2O4(样品2)两种颗粒增强梯度复合材料.发现加入的SiO2与铝熔体中的铝镁反应形成了MgAl2O4,并通过电子探针证实了该相的存在,除此之外,初生的Mg2Si、Si也富集于试样表面.在此基础上,对两种合金沿径向进行了硬度测量,结果表明:硬度在径向呈梯度分布,满足梯度复合材料外硬内韧的性能特征.     

铸造工艺对(Al3Zr+Al2O3)p/A356原位复合材料组织和性能的影响

采用A356-Zr(CO3)2组元通过熔体直接反应法原位合成了Al3Zr和Al2O3颗粒增强铝基复合材料,在720℃时进行常规金属模浇注和挤压铸造成型。挤压铸造是复合材料在高压下的结晶凝固和塑性变形和强制补缩-密实两过程的复合,增加复合材料熔点,改善模壁和熔体热交换条件,增加基体形核率。与金属模铸造试样的组织对比表明:由于复合材料的高致密度和细晶强化,挤压铸造成型复合材料组织中气泡和缩孔等浇注缺陷减少了,而组织致密度提高了,基体晶粒度减小2~3倍,复合材料的抗拉强度和延伸率分别为345 MPa和15.07%,较金属模成型复合材料分别提高1.6和2.15倍,且挤压铸造复合材料干滑动磨损性能明显提高。     

(Al3Zr+Al2O3)p/A356复合材料液态模锻的研究

采用熔体反应法———液态模锻成形工艺,制取了Al3Zr与Al2O3颗粒共同增强的铝基复合材料。结果表明:通过该工艺成型的复合材料组织致密,无气孔、缩孔等铸造缺陷;相对于金属模成形的复合材料,其抗拉强度提高了127%,耐磨性及伸长率也都有较大地提高,力学性能较好。     

磁化学合成（Al2O3＋Al3Zr）p/Al复合材料的微观组织与力学性能

以氧氯化锆(ZrOCl2·8H2O)为反应物,采用熔体反应法,并在反应过程中施加脉冲涡流磁场,磁化学合成了(Al2O3+Al3Zr)p/Al复合材料.扫描电镜(SEM)与X射线衍射(XRD)分析表明生成的颗粒为α-Al2O3和Al3Zr,颗粒细小,形状一致,且弥散分布于铝基体中;在相同反应条件下,与常规原位反应相比,磁场下反应更快、更完全,缩短了反应时间,并从反应动力学角度进行了分析.复合材料的力学性能研究表明,其屈服强度σs和抗拉强度σb均随颗粒体积分数的增加而升高,延伸率δ先升后降.(Al2O3+Al3Zr)p/Al复合材料的拉伸断口形貌表明,其断裂属塑性断裂.     

超声化学原位合成(Al2O3+Al3Zr)p/A356复合材料

采用熔体反应法,并在反应过程中施加高能超声,合成了(Al2O3 Al3Zr)p/A356复合材料.XRD和SEM分析表明,生成的增强颗粒为Al203和Al3Zr;颗粒尺寸细小,平均粒径尺寸为1μm,在基体中均匀分布;共晶Si在高能超声作用下显著细化,变短并呈粒状.研究表明,经过高能超声处理后,其抗拉强度比未加高能超声处理的复合材料提高了近20%,达到了381.4MPa.     

低频交变电磁场对（Al2O3＋Al2Zr）p／Al复合材料凝固组织和干滑动磨损性能影响

在低频交变电磁场条件下,研究了Al-Zr(CO3)2组元通过熔体反应法原位合成的Al2O3、Al3Zr颗粒增强铝基复合材料,结果表明：外加低频交变电磁场能够有效地改善反应动力学条件,对固液两相反应的传质和扩散起到了很好的促进作用,凝固组织中增强相颗粒在铝基体中的体积分数增加,分布弥散均匀。复合材料干滑动罾损机制是磨粒磨损,磨损量31．7mg,比未加电磁场时的磨损量下降了46．1％,耐磨性提高。     

低频交变电磁场对(Al2O3+Al3Zr)p/Al复合材料凝固组织和干滑动磨损性能影响

在低频交变电磁场条件下,研究了Al-Zr(CO3)2组元通过熔体反应法原位合成的Al2O3、Al3Zr颗粒增强铝基复合材料,结果表明:外加低频交变电磁场能够有效地改善反应动力学条件,对固液两相反应的传质和扩散起到了很好的促进作用,凝固组织中增强相颗粒在铝基体中的体积分数增加,分布弥散均匀.复合材料干滑动磨损机制是磨粒磨损,磨损量31.7 mg,比未加电磁场时的磨损量下降了46.1%,耐磨性提高.     

超声化学原位合成(Al2O3+Al3Zr)p/A356复合材料

采用熔体反应法,以A356-Zr（CO3）2为反应体系,并在反应过程中施加高能超声,超声化学原位合成了（Al2O3＋Al3Zr）p/A356复合材料。扫描电镜（SEM）与X衍射（XRD）分析表明：生成的颗粒为Al2O3和Al3Zr,颗粒细小,形状一致,且弥散分布于铝基体中;试验发现：在相同反应条件下,与常规原位反应相比,超声作用下反应更快、更完全,缩短了反应时间,并从反应动力学角度进行了分析。复合材料的力学性能研究表明：经过超声处理的复合材料的抗拉强度达到了391 MPa,比未加超声的提高了23%。拉伸断口形貌分析表明：在超声作用下,复合材料断口上韧窝数量明显增加,韧窝变小、变深,材料韧性断裂特征明显。     

Sr对(Al2O3+Al3Zr)p/A356复合材料组织及性能的影响

采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)分析以及力学性能测试,研究了微量Sr对A356-Zr(CO3)2体系熔体反应法合成的(Al2O3 Al3Zr)p/A356复合材料组织及性能的影响.SEM分析结果表明,微量Sr变质后,原位合成的Al3Zr和Al2O3颗粒细小,颗粒尺寸大部分在2～3 μm之间;内生Al2O3、Al3Zr颗粒已不被凝固界面大量排斥和推移,而是大部分被捕捉进入固相,均匀分布在基体中;同时Sr使基体A356中Si相形貌从粗针状变为细小的颗粒状.力学性能测试结果表明,Sr变质后的复合材料的抗拉强度比未变质的复合材料提高了13.8%.