高能超声辅助铸造Al-Cr%2fAl原位复合材料研究.pdf

分类号______________________________ 密级______________________________
UDC______________________________ 编号______________________________

硕士学位论文
高能超声辅助铸造 Al-Cr/Al 原位
复合材料研究

学位申请人: 王秋林
学科专业: 材料加工工程
指导教师: 张坚教授
副指导教师: 赵龙志副教授



答辩日期:
华
东
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通
大
学
20
13
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硕
士
学
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Cr/Al
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材
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研
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独创性声明
本人郑重声明:所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究
工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方
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本人签名_______________日期____________


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本人签名____________导师签名__________日期_________
摘要
高能超声辅助铸造 Al-Cr/Al 原位复合材料研究
摘要
铝基复合材料具有比强度高,比刚度高,高温性能好,阻尼性能好,热膨胀系数低
等优越性能,因此备受材料研究者的关注。铝基复合材料的制备方法分为两类,外加法
和原位自生法。原位自生的铝基复合材料,增强相与基体的相容性较好,界面干净,无
污染,粒子相对细小,并解决了界面反应及颗粒与基体之间润湿性等问题,因而受到更
多的青睐。近年来,研究者们利用高能超声在金属或合金熔体中传播时将产生声空化和
声流等非线性效应,来达到细化晶粒、均匀组织和促进反应等目的。
本文将高能超声辅助技术与原位反应结合,利用 Cr 在高温下和 Al 反应生成金属间
化合物,并均匀的分布在基体铝中,以此来增强纯铝的性能。采用正交试验的设计来探
索制备 Al-Cr 金属间化合物/Al 原位复合材料的最佳工艺参数。然后对制备的复合材料
进行 SEM、XRD、EDS 分析,力学性能(显微硬度、耐磨性、拉伸性能、压缩性能、
弯曲性能)、物理性能(阻尼性)以及化学性能(高温氧化性和耐腐蚀性)进行测试,
最后从高能超声辅助铸造制备复合材料的作用和 Al-Cr/Al 原位复合材料性能增强两个
方面进行机理研究,得到以下结论:
(1)通过高能超声振动辅助铸造法成功制备了 Al-Cr/Al 原位复合材料;Al-Cr 金属
间化合物增强颗粒呈不规则多边形状,颗粒细小,与基体结合较好,界面清洁,均匀分
布在基体中;增强相的体积、分布与铬粉粒径大小有一定的关系,当铬的粒径为 75µm
时,增强相的大小一致,分布最均匀。Al-Cr 形成的金属间化合物种类较多,Al 和 Cr
首先生成 金属间化合物,随着 Cr 含量的增加,反应生成 Cr、Al 比例更高
的化合物,随着温度的升高,有利于更稳定、性能更好的化合物生成,这些金属间化合
物会相互扩散,最终形成混合增强相,并保持其中的 Al、Cr 的原子比例不变;由于这
种混合相中的晶体结构类型不同,在复合材料中的体积不同,对复合材料性能的影响有
一定差异。
(2)Al-Cr 金属间化合物增强体对 Al 的增强效果很明显,复合材料的力学性能(显
微硬度、耐磨性、压缩性能)、物理性能(阻尼性)以及化学性能(耐腐蚀性)相比于
工业纯铝,均得到很大程度上的提高。其中,复合材料的显微硬度最高提高了 倍,
耐磨性提高了 倍,抗压强度δbc 明显提高了 倍,阻尼性提高了 倍,耐腐蚀
性提高了 倍。由于复合材料中的脆相生成,金属间化合物晶粒不易产生滑移,复合
I
摘要
材料的抗拉强度δb 和抗弯强度δbb 降低了。复合材料与纯铝一致,均具有良好的抗高温
氧