纳米ZnO颗粒对过共晶Al-20Si合金组织和性能的影响
发布时间：2021-08-20 15:21
为研究Al-Si合金凝固过程中纳米颗粒如何影响Si相形貌,在Al-20Si半固态区间加入0.5wt.%ZnO纳米颗粒并机械搅拌,铸态Al-20Si-0.5ZnO复合材料的强度和伸长率显著提高。其中,伸长率提高5倍左右。金相及SEM组织显示初晶和共晶Si都得到了细化。初晶Si由星状转变为多面体状或块状,且其边缘及凹角更加圆整,共晶Si的宽度也更加细小。研究结果表明,ZnO加入后与熔融铝液发生还原反应生成Al2O3,同时细化了初晶Si和共晶Si,从而显著提高了合金的伸长率。
【文章来源】：铸造. 2020,69(07)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
浇注试块及拉伸试棒示意图
图1 浇注试块及拉伸试棒示意图图3统计了初晶Si尺寸的变化幅度，从统计结果可知经过ZnO纳米颗粒处理的合金初晶Si颗粒尺寸的变化范围明显减小。另外，初晶Si形貌由星状转变为多面体或块状。ZnO纳米颗粒处理的合金中初晶Si的尺寸要比未处理的小3～4倍左右。初晶Si的细化必然会导致力学性能的提升。组织细化意味着材料中包含更多的晶界区域。裂纹极易在脆性初生Si和α-Al界面处萌生，并且会在初晶Si颗粒内部扩展。
图4是Al-20Si-0.5ZnO合金的SEM图及EDS能谱图。EDS能谱结果表明Al-20Si-0.5ZnO复合材料中存在高含量的Al、O，这表明纳米Al2O3团簇有可能存在，提供异质形核质点[10]，当引入ZnO纳米颗粒时，会发生分解，从而向熔体中提供Zn和O原子。Zn固溶至基体中，可以形成成分过冷，促进初晶Si形核；而O有两种存在方式，一种是形成Al2O3晶体，另一种则溶解在基体中。但从SEM-EDS分析以及微观组织中很难找到单个的Al2O3颗粒，需要后续通过TEM进一步分析。试验中加入了0.5%ZnO，若全部被Al还原，合金应含有0.4%Zn，但从表1的化学成分中可知Zn含量只有0.257%，这说明加入的纳米ZnO颗粒未被全部还原，其溶解率只有65%左右。从能谱图中的元素含量中可以说明ZnO溶解进基体中，但又未完全溶解。图4 Al-20Si-0.5ZnO合金SEM图和元素的EDS面扫描图
本文编号：3353741
【文章来源】：铸造. 2020,69(07)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
浇注试块及拉伸试棒示意图
图1 浇注试块及拉伸试棒示意图图3统计了初晶Si尺寸的变化幅度，从统计结果可知经过ZnO纳米颗粒处理的合金初晶Si颗粒尺寸的变化范围明显减小。另外，初晶Si形貌由星状转变为多面体或块状。ZnO纳米颗粒处理的合金中初晶Si的尺寸要比未处理的小3～4倍左右。初晶Si的细化必然会导致力学性能的提升。组织细化意味着材料中包含更多的晶界区域。裂纹极易在脆性初生Si和α-Al界面处萌生，并且会在初晶Si颗粒内部扩展。
图4是Al-20Si-0.5ZnO合金的SEM图及EDS能谱图。EDS能谱结果表明Al-20Si-0.5ZnO复合材料中存在高含量的Al、O，这表明纳米Al2O3团簇有可能存在，提供异质形核质点[10]，当引入ZnO纳米颗粒时，会发生分解，从而向熔体中提供Zn和O原子。Zn固溶至基体中，可以形成成分过冷，促进初晶Si形核；而O有两种存在方式，一种是形成Al2O3晶体，另一种则溶解在基体中。但从SEM-EDS分析以及微观组织中很难找到单个的Al2O3颗粒，需要后续通过TEM进一步分析。试验中加入了0.5%ZnO，若全部被Al还原，合金应含有0.4%Zn，但从表1的化学成分中可知Zn含量只有0.257%，这说明加入的纳米ZnO颗粒未被全部还原，其溶解率只有65%左右。从能谱图中的元素含量中可以说明ZnO溶解进基体中，但又未完全溶解。图4 Al-20Si-0.5ZnO合金SEM图和元素的EDS面扫描图
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