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简论原位多元氧化物和铝原位反应生成铝基复合材料组织和性能

收藏本文 2024-01-28 点赞:36151 浏览:161457 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:针对活塞用铝硅合金ZL109工况条件差,高温性能不稳定的不足,本论文通过向熔融态ZL109合金中添加Fe2O3-CuO-CrO3/Al混合压块,采取传统铸造工艺制备了活塞用Al2O/ZL109复合材料。系统探讨了Al与Fe2O3、CuO、CrO3之间的反应热力学和Al2O/ZL109复合材料的制备工艺,探讨了不同稀释剂A1含量对反应的产物及其分布的影响,对复合材料的组织和性能进行浅析和测试,取得的结果如下:A1与Fe2O3、CuO、CrO3呈现一个反应梯度,混合压块烧结试验证明,Al与三种氧化物的反应顺序为Fe2O3>CuO>CrO3,反应的产物为A1203粒子和不同的金属间化合物,压块中的粉末配比、压块密度、反应的烧结温度、保温时间对反应产物都有影响。利用液态原位反应工艺制备的Al2O/ZL109复合材料中,A1203粒子尺寸细小,在基体中分布均匀,与基体界面结合干净,结合力强;Fe、Cu、Cr元素的加入使得ZL109进一步合金化。通过选取合理的制备工艺,有望获得良好的活塞用铝基复合材料。探讨表明,ZL109加热到820℃-870℃熔炼,在780℃下加入混合压块,当混合压块中A1含量为30wt%时,原位反应在ZL109中进行的比较充分,得到的Al2O/ZL109复合材料组织均匀,力学性能较好。Mg可作为反应的诱导剂,可减少反应诱导时间,当Mg含量为3wt%时,反应诱导时间为1s左右。 SEM观察表明,复合材料中的A1203分布均匀,在ZL109中弥散分布;反应生成的金属间化合物在基体中形成热稳定好的硬质颗粒。TEM观察表明,生成的A1203粒子形状近似椭圆形,尺寸在0.1gm左右。当Al2O/ZL109复合材料中Fe、Cu、Cr元素含量分别达到0.656wt%、1.407t%、0.1419wt%时,复合材料硬度比基体合金提升了1.9%,室温抗磨性提升了2.93%,300℃下的摩擦系数降低了28.6%,在300℃下保温半小时后的拉伸强度最高可达178MPa,平均高温拉伸强度提升了7.9%,较好的解决了ZL109高温性能不稳定的不足。虽然复合材料的室温拉伸强度有所下降,但其综合性能优异,较好的满足了活塞的利用要求。关键词:原位反应合成论文ZL109论文Al_2O_()/ZL109复合材料论文耐磨论文拉伸强度论文

    目录4-6

    Contents6-8

    摘要8-9

    ABSTRACT9-11

    第一章 绪论11-27

    1.1 引言11-12

    1.2 颗粒增强铝基复合材料探讨进展12-19

    1.2.1 活塞用铝基复合材料的探讨近况12-17

    1.2.2 活塞用铝基复合材料的增强相粒子17-19

    1.3 Al_2O_()/Al复合材料的探讨进展19-25

    1.3.1 Al_2O_()/Al复合材料的特点19-20

    1.3.2 Al_2O_()/Al复合材料的制备工艺20-23

    1.3.3 原位制备Al_2O_3/Al复合材料的国内外探讨近况23-25

    1.4 选题作用和探讨内容25-27

    1.4.1 选题作用25-26

    1.4.2 探讨内容26-27

    第二章 案例设计与试验策略27-33

    2.1 案例设计27-29

    2.1.1 基体与增强体的选择27

    2.1.2 制备工艺和反应添加物的选择27-29

    2.1.3 试验的技术路线29

    2.2 试验用原材料及策略29-33

    2.2.1 试验用原材料29-30

    2.2.2 差热浅析试验和烧结试验30

    2.2.3 复合材料的制备30-32

    2.2.4 复合材料的组织观察32

    2.2.5 复合材料的性能浅析32-33

    第三章 Al_2O_()/Al复合材料的反应热力学及制备工艺探讨33-49

    3.1 铝热反应热力学浅析33-37

    3.2 制备Al_2O_()/Al复合材料的影响因素37-41

    3.2.1 预制体压块烧结法制备复合材料的温度37-39

    3.2.2 氧化物含量对复合材料宏观烧结形貌的影响39-40

    3.2.3 粉末烧结法制备复合材料的烧结产物40-41

    3.3 Al_2O_()/Al复合材料的制备工艺参数41-47

    3.3.1 稀释剂Al的影响41-42

    3.3.2 预制体压块紧密度的影响42-46

    3.3.3 反应诱导剂Mg的影响46-47

    3.4 本章小结47-49

    第四章 原位反应法制备Al_2O_()/Al复合材料的微观组织49-67

    4.1 预制体原位反应制备Al_2O_()/Al复合材料的微观组织49-53

    4.1.1 预制体烧结法制备复合材料的微观组织49-52

    4.1.2 熔体加热预制体法制备复合材料的微观组织52-53

    4.2 热爆法制备Al_2O_()/Al复合材料的围观组织53-60

    4.2.1 Al_2O_()/Al复合材料的金相显微组织53-56

    4.2.2 原位生成增强粒子的微观形貌及其在基体中的分布56-60

    4.3 热爆法制备复合材微观组织形成机理60-65

    4.3.1 Al_2O_3粒子在铝熔体中的运动和分布60-63

    4.3.2 Al_2O_3粒子在铝熔体凝固前沿的行为63-65

    4.4 本章小结65-67

    第五章 Al_2O_()/ZL109复合材料的性能浅析67-81

    5.1 Al_2O_()/ZL109复合材料的硬度和体积稳定性69-71

    5.1.1 Al_2O_()/ZL109复合材料的硬度69-70

    5.1.2 Al_2O_()/ZL109复合材料的体积稳定性70-71

    5.2 Al_2O_()/ZL109复合材料的拉伸强度71-76

    5.2.1 不同温度下Al_2O_()/ZL109复合材料的拉伸强度71-74

    5.2.2 Al_2O_()/ZL109复合材料的拉伸断口形貌观察74-76

    5.3 Al_2O_()/ZL109复合材料的耐磨性76-80

    5.3.1 Al_2O_()/ZL109复合材料的室温耐磨性和高温摩擦系数76-79

    5.3.2 Al_2O_()/ZL109复合材料的摩擦断口形貌观察79-80

    5.4 本章小结80-81

    第六章 结论81-83

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