SiCpAl复合材料搅拌铸造制备工艺的研究.doc

SiCp/Al复合材料搅拌铸造制备工艺的研究任德亮,齐海波,丁占来,樊云昌摘要:在试验基础上，对碳化硅颗粒增强铝基复合材料搅拌铸造工艺中的4个关键问题进行了研究，提出了相应的解决方法，优化了工艺参数。在此基础上，制备出了颗粒分布均匀、组织致密、性能较理想的SiCp/Al复合材料，对复合材料制备工艺的实际应用具有指导意义。关键词：SiC颗粒增强;铝基复合材料;制备工艺;搅拌铸造;液态模锻文献标识码：A文章编号：1000-8365(1999)02-0041-03StudyontheStirMixingFabricatingProcessofSiCp/AlCompositesRENDe-liang，QIHai-bo，DINGZhan-lai，FANYun-chang(ShijiazhuangRailwayInstitute,Shijiazhuang050043,China)Abstract:FourkeyproblemsofstirmixingprocessofSiCp/Alcompositeshavebeeninvestigatedexperimentlyinthispaper.Theresolutionandoptimisedprocessparametershavebeenproposed.TheSiCp/AlcompositeswhichprocesseswelldistributedSicpartiels,finemicrostructuresandgoodpropertieswerefabricatedbytheoptimizedprocess.Keywords:SiCparticlereinforced;Aluminiummatrixcomposites;Fabricatingprocess;Stirmixing;Squeezecasting金属基复合材料(MMCs)因具有高的比强度、比模量、耐高温、耐磨损以及热膨胀系数小、尺寸稳定性好等优异的物理性能和力学性能而成为各国高新技术研究开发的重要领域。其中颗粒增强的MMCs，尤其是碳化硅颗粒增强的铝基复合材料(简称SiCp/Al)，因其具有各向同性，制造成本低，可用传统的金属加工工艺(铸造、挤压、轧制、焊接等)进行加工，而成为MMCs发展的主要方向之一。在航空航天、军事领域及汽车、电子仪表等行业中显示出了巨大的应用潜力［1］。但是，采用搅拌铸造法制备SiCp/Al复合材料时，存在以下4个问题：SiC颗粒与铝合金熔液浸润性差；SiC颗粒在基体合金中易偏聚；SiC颗粒与基体合金易发生界面反应；以及在非真空条件下熔炼时复合材料易产生气孔和夹杂等［2、3］。这些问题严重地影响了SiCp/Al的性能，限制了该材料在我国的批量生产和应用。我们在大量试验基础上，对影响搅拌铸造法制备SiCp/Al复合材料性能的上述4个问题进行了研究，提出了相应的解决方法，优化了工艺参数，在此基础上制备出了性能较理想的SiCp/Al复合材料，并在柴油机活塞和轿车制动盘上得到了应用。1搅拌铸造工艺试验用基体合金的化学成分与ZL109合金类似(11%～13%Si;1.8%～2.3%Mg;0.5%～1.5%Cu;0.8%～1.5%Ni;≤0.7%Fe;≤0.2%Ti;其余为Al)。其固相点温度用美国PE公司DTA—1700型差热分析仪测定结果为557℃。试验用SiC颗粒(简称SiCp)为绿色α-SiC，其粒度分别为W10和W28，粒度组成符合GB2477—83，化学成分符合GB2480—83。搅拌铸造是将增强组分(SiCp)加入到基体熔液中，同时以一定的速度搅拌熔液，从而达到均匀混合和相互浸润的目的［4-6］。采用熔炼装置为图1所示的GWJ-0.05-1型中频感应炉。在熔炼过程中，熔液用调速电机驱动的特制石墨搅拌器进行搅拌。首先将基体合金加热熔化，当温度达到720℃左右时，通入氩气精炼扒渣。这时停止加热，将预处理后的SiCp通过一特制的漏斗均匀地加入到基体熔液中。随着SiCp的不断加入，熔液温度逐渐降低。当加入完毕，熔液处于半固态状态时，继续搅拌一定时间，并通入氩气保护液面。搅拌完成后开始升温，边升温边搅拌，当温度升至720℃以上时，加入铝锶变质剂，然后通入Ar气精炼，扒渣后准备浇注。采用液态模锻成形工艺制取SiCp/Al复合材料，模具安装在Y32—100型4柱式液压机上，模具预热到一定温度时开始浇注复合材料，熔液经泡沫陶瓷过滤网过滤后浇入模具中，然后在压力下凝固成形［7］。图1