SiC体积分数和热处理对SiC/2024Al复合材料性能的影响
发布时间：2021-10-10 02:53
采用直接电热粉末半固态触变成形法制备Si C不同体积分数（10vol%、20vol%、30vol%、40vol%）的Si C/2024Al复合材料。利用扫描电镜观察复合材料的微观组织,通过检测其物理性能和力学性能,获得Si C体积含量和热处理对Si C/2024Al复合材料组织与性能的影响规律。结果显示:随着Si C体积含量的增大,复合材料的组织出现了程度不一的Si C颗粒团聚,使材料的致密度下降;经过T6热处理后,Si C/2024Al复合材料抗拉强度在20vol%时达到最大值（505 MPa）,比完全退火态提高了68.3%;布氏硬度在40vol%达到最大值（244 HB）,比完全退火态提高了41.0%。
【文章来源】：热加工工艺. 2020,49(12)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
Si C不同体积分数的复合材料SEM照片
本文实验所用基体材料为某公司生产的平均直径15～50μm的2024铝合金粉末，图1为2024铝合金粉末、SiC颗粒的微观形貌。2024铝合金的化学成分见表1。增强体为山东某公司生产的绿色α-SiC，平均粒径5μm，呈不规则多棱角状，性能参数见表2。原始的SiC颗粒粉体需做预处理才能获得更好的性能，处理后的微观颗粒形貌见图1(b）。预处理工艺为将原始SiC颗粒粉体置于高温升降炉中，在空气气氛下，将粉体加热到1100℃保温3h，使其表面生成SiO2膜，目的是改善SiC与基体金属之间的浸润性，自然冷却到室温取出粉体，用10%氢氟酸加磨球在球磨机中酸洗整形5h，将磨好的Si C颗粒清洗、过滤、烘干备用，该过程不仅去除了颗粒表面的污染和附着物，也改善了界面结合性。将处理过的SiC颗粒粉体分别以10vol%、20vol%、30vol%、40vol%与2024铝合金粉末在充氩气保护条件下在行星球磨机中混料，球料比为2:1，球磨时间1h，转速200r/min，最终得到混合均匀的复合粉体。然后开始装模，将混合均匀的粉体倒入刷好涂料的石墨模具中，接着将模具放入四柱液压机箱体模座上面预压密实粉体，保证通电过程中电流能顺利通过粉体，有利于热量的产生和传导。该实验在低真空环境下进行，通过真空机组对箱体抽真空防止了升温过程中铝液被氧化，当真空度达到10Pa时，给模具通直流电，以500A/2min速率上调电流，通过红外测温仪记录并且控制模具温度，当模具升温至570～580℃保温20min，再以40MPa压力持续保压4min，使熔融状态下的铝液在SiC颗粒间隙中充分流动以提高材料致密度。施压过程中由于粉体间间隙变小、电阻降低，石墨模具从发红到变暗，温度显著降低。等模具冷却至室温后拆模取出样品，得到准200mm×15mm的试样，接下来对其在390℃保温1h去应力完全退火（记为O态），用电火花线切割得到要测具体性能的小试样，对其中一部分试样进行T6态热处理（505℃固溶2h+常温水淬+180℃时效10h）。
对于复合材料而言，Si C颗粒不同加入量会改变Si C颗粒在基体中的分布状况，从而导致材料的密度和致密度发生变化。Si C颗粒加入量很大时，容易在最后的保压成形过程出现SiC颗粒滑动受阻的现象，导致材料的密实性变差、空洞变多，从而引起致密度降低。图3为SiC不同体积分数的复合材料的密度和致密度。当SiC颗粒加入量为10vol%时，密度的理论值和实测值差值最小；当Si C加入量为40vol%时，理论值和实测值差值最大。造成这种结果的原因是SiC颗粒加入量的变大会使其在保压成形过程中滑动能力变差，颗粒更容易聚集到一起导致颗粒间隙变多造成复合材料的致密度下降，这会导致基体合金与增强体颗粒的结合状态变弱，聚集在一块的SiC颗粒不能被压实，减少了增强相与基体相的结合面，最终的结果就是导致复合材料的性能变差[8]。2.3 抗拉强度与伸长率
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳化硅体积分数对SiCp/Al-30Si复合材料组织与性能的影响[J]. 倪增磊,王爱琴,谢敬佩,方明,张利军. 粉末冶金材料科学与工程. 2013(01)
[2]SiCp/Al复合材料的制备方法及研究方向[J]. 崔朝英. 沈阳电力高等专科学校学报. 2002(03)
本文编号：3427505
【文章来源】：热加工工艺. 2020,49(12)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
Si C不同体积分数的复合材料SEM照片
本文实验所用基体材料为某公司生产的平均直径15～50μm的2024铝合金粉末，图1为2024铝合金粉末、SiC颗粒的微观形貌。2024铝合金的化学成分见表1。增强体为山东某公司生产的绿色α-SiC，平均粒径5μm，呈不规则多棱角状，性能参数见表2。原始的SiC颗粒粉体需做预处理才能获得更好的性能，处理后的微观颗粒形貌见图1(b）。预处理工艺为将原始SiC颗粒粉体置于高温升降炉中，在空气气氛下，将粉体加热到1100℃保温3h，使其表面生成SiO2膜，目的是改善SiC与基体金属之间的浸润性，自然冷却到室温取出粉体，用10%氢氟酸加磨球在球磨机中酸洗整形5h，将磨好的Si C颗粒清洗、过滤、烘干备用，该过程不仅去除了颗粒表面的污染和附着物，也改善了界面结合性。将处理过的SiC颗粒粉体分别以10vol%、20vol%、30vol%、40vol%与2024铝合金粉末在充氩气保护条件下在行星球磨机中混料，球料比为2:1，球磨时间1h，转速200r/min，最终得到混合均匀的复合粉体。然后开始装模，将混合均匀的粉体倒入刷好涂料的石墨模具中，接着将模具放入四柱液压机箱体模座上面预压密实粉体，保证通电过程中电流能顺利通过粉体，有利于热量的产生和传导。该实验在低真空环境下进行，通过真空机组对箱体抽真空防止了升温过程中铝液被氧化，当真空度达到10Pa时，给模具通直流电，以500A/2min速率上调电流，通过红外测温仪记录并且控制模具温度，当模具升温至570～580℃保温20min，再以40MPa压力持续保压4min，使熔融状态下的铝液在SiC颗粒间隙中充分流动以提高材料致密度。施压过程中由于粉体间间隙变小、电阻降低，石墨模具从发红到变暗，温度显著降低。等模具冷却至室温后拆模取出样品，得到准200mm×15mm的试样，接下来对其在390℃保温1h去应力完全退火（记为O态），用电火花线切割得到要测具体性能的小试样，对其中一部分试样进行T6态热处理（505℃固溶2h+常温水淬+180℃时效10h）。
对于复合材料而言，Si C颗粒不同加入量会改变Si C颗粒在基体中的分布状况，从而导致材料的密度和致密度发生变化。Si C颗粒加入量很大时，容易在最后的保压成形过程出现SiC颗粒滑动受阻的现象，导致材料的密实性变差、空洞变多，从而引起致密度降低。图3为SiC不同体积分数的复合材料的密度和致密度。当SiC颗粒加入量为10vol%时，密度的理论值和实测值差值最小；当Si C加入量为40vol%时，理论值和实测值差值最大。造成这种结果的原因是SiC颗粒加入量的变大会使其在保压成形过程中滑动能力变差，颗粒更容易聚集到一起导致颗粒间隙变多造成复合材料的致密度下降，这会导致基体合金与增强体颗粒的结合状态变弱，聚集在一块的SiC颗粒不能被压实，减少了增强相与基体相的结合面，最终的结果就是导致复合材料的性能变差[8]。2.3 抗拉强度与伸长率
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳化硅体积分数对SiCp/Al-30Si复合材料组织与性能的影响[J]. 倪增磊,王爱琴,谢敬佩,方明,张利军. 粉末冶金材料科学与工程. 2013(01)
[2]SiCp/Al复合材料的制备方法及研究方向[J]. 崔朝英. 沈阳电力高等专科学校学报. 2002(03)
本文编号：3427505
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