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本文研究了半固态下用高能超声波搅拌稀释重熔预制块制备SiCp/ZL105复合材料的工艺及其组织和性能。用渗流法首先制备出含高体积分数SiC颗粒的SiCp/ZL105预制块,再将其加入到半固态铝熔体中进行超声波搅拌和处理,制备含不同体积分数SiC颗粒的SiCp/ZL105复合材料,并对所制备的复合材料的组织和性能进行了研究。
(1)采用渗流法制备含高体积分数SiC颗粒的SiCp/ZL105预制块,研究了铝液浇注温度、模具预热温度和渗流压力等工艺参数对制备的预制块质量的影响,得出渗流法制备SiCp/ZL105预制块的最佳工艺参数范围是:ZL105合金液的浇注温度为700～730℃；SiC颗粒与模具的预热温度为620～650℃；渗流压力为3～4 atm。对所制备SiCp/ZL105预制块的宏观和微观结构进行了分析,结果表明:所制备的预制块含SiC颗粒的体积分数可达54％～61％,并且,SiC颗粒在其中分散、分布均匀,与铝基体之间结合良好。
(2)在半固态铝熔体中加入预制块并采用高能超声波搅拌的方法,制备SiCp/ZL105复合材料,研究了超声波导入时的熔体温度、超声波搅拌功率和搅拌时间等工艺参数对SiCp/ZL105复合材料的影响,得出了超声波搅拌制备SiCp/ZL105复合材料的最佳工艺参数范围是:超声波导入时熔体的温度为590～620℃；超声波输出功率为1200～1400W；超声波处理时间为60～80s。通过控制预制块和ZL105合金的加入比例,制备出SiC颗粒的体积分数为9％～23％的SiCp/ZL105复合材料。对含不同体积分数SiC颗粒的SiCp/ZL105复合材料的微观组织进行了观察和分析,结果表明:采用该工艺制备的复合材料中,SiC颗粒均匀地弥散分布,增强颗粒与基体之间结合良好。同时,由于采用超声波处理铝合金熔体,复合材料的基体中的共晶Si组织得到明显细化,消除了复合材料中的气孔、夹杂等缺陷。
(3)对含不同体积分数SiC颗粒的SiCp/ZL105复合材料性能进行研究,研究了SiC颗粒的含量对复合材料硬度和耐磨性能的影响。结果表明:随着SiC颗粒含量的增加,SiCp/ZL105复合材料的布氏硬度值显著提高,SiC颗粒体积分数为9％～3％时,SiCp/ZL105复合材料的布氏硬度值比ZL105合金增加了19％～36％；随着SiC颗粒含量的增加,SiCp/ZL105复合材料的耐磨性显著提高,SiC颗粒体积分数为9％～23％时,SiCp/ZL105复合材料的相对耐磨性提高了3.0～10.7。