高壓凝固Al 2 O 3 /Al-10Si復(fù)合材料組織熱穩(wěn)定性及力學(xué)性能研究
發(fā)布時間：2021-08-07 14:16
采用高壓凝固的方法在不同壓力下（3,4,5 GPa）分別制備了Al2O3/Al-10Si復(fù)合材料,并分別在160℃保溫2,4,6 h的條件下研究了高壓凝固A12O3/Al-10Si復(fù)合材料的組織熱穩(wěn)定性以及力學(xué)性能轉(zhuǎn)變規(guī)律。結(jié)果表明:熱處理導(dǎo)致高壓凝固Al2O3/Al-10Si復(fù)合材料α固溶的Si在熱激活的作用下脫溶析出,聚集長大形成細小顆粒彌散分布于α相內(nèi),形成沉淀強化;160℃熱處理后α相固溶的Si析出,過飽和程度下降,材料性能逐漸趨于穩(wěn)定,在沉淀強化的共同作用下,Al2O3/Al-10Si復(fù)合材料抗壓強度和壓縮率較熱處理前均有所上升。而160℃保溫4 h的條件下,材料的綜合力學(xué)性能最好。尤其在5 GPa壓力下凝固的Al2O3/Al-10Si復(fù)合材料,抗壓強度可達到716 MPa。
【文章來源】：稀有金屬材料與工程. 2020,49(09)北大核心EISCICSCD
【文章頁數(shù)】：5 頁
【部分圖文】：
高壓凝固Al2O3/Al-10Si復(fù)合材料XRD圖譜
圖1 高壓凝固Al2O3/Al-10Si復(fù)合材料XRD圖譜對熱處理前后不同壓力下高壓凝固Al2O3/Al-10Si復(fù)合材料中α相進行EDS能譜分析結(jié)果如表1所示。經(jīng)ZAF修正后，各元素的誤差均小于1%�？梢钥闯觯S著凝固壓力上升，Al2O3/Al-10Si復(fù)合材料α相中的Si的固溶度也逐漸增加，凝固壓力為5 GPa時達到了6.33%。相同的凝固壓力下，熱處理前后Al2O3/Al-10Si復(fù)合材料α相中Si的固溶度，隨著保溫時間增加，呈降低趨勢，也驗證了α相中固溶的Si原子隨熱處理時間的延長而逐漸彌散析出這一現(xiàn)象。
由前面的分析可以看出，高壓凝固時Si原子的擴散受到抑制，在高溫時具有良好流動性的Si原子在高壓凝固后會更多的固溶進Al基體中，并且Si富集區(qū)均勻的分布在集體中，并為后續(xù)的時效處理析出Si相提供形核質(zhì)點。在160℃的溫度經(jīng)不同時間熱處理后，Si的富集區(qū)發(fā)生分解，轉(zhuǎn)變形成穩(wěn)定的Si相。Celotto[16]的研究表明，過飽和度越大，則析出驅(qū)動力越大，析出相越容易析出，因此隨著壓力的增加試樣熱處理后會形成更多的Si相顆粒。同時，作為一種非穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，過飽和固溶體中的Si元素析出所需要的激活能較低，有研究表明[17,18]，凝固壓力高還可以導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)中存在大量缺陷，如位錯和空位，有利于β相形核。因此相比常壓凝固，高壓凝固Al2O3/Al-10Si復(fù)合材料α相內(nèi)會緩慢析出細小顆粒狀的β相，而相應(yīng)的熱處理后Al2O3/Al-10Si復(fù)合材料α相中的Si相含量增加，易形成沉淀強化，因而位錯滑移受到抑制，有利于提高材料的力學(xué)性能。圖4 5 GPa壓力凝固Al2O3/Al-10Si復(fù)合材料熱處理組織形貌
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Al-Si合金枝晶形貌的三維相場模擬[J]. 張冰,趙宇宏,王鴻,陳偉鵬,侯華. 稀有金屬材料與工程. 2019(09)
[2]Cu對高壓凝固Mg-9Al-1Zn合金顯微組織及力學(xué)性能的影響[J]. 徐暢,黃鐸,林小娉,郭士琦,何永鵬. 鑄造. 2019(08)
[3]原位γ-Al2O3（P）/A356復(fù)合材料的制備及性能研究[J]. 孟明艾,陳剛,趙玉濤,劉夢璐,袁方今. 熱加工工藝. 2019(14)
[4]高壓凝固Ti-48Al合金片層組織失穩(wěn)機理[J]. 朱冬冬,董多,賀慶,周兆忠,張元祥,王琪斌,倪成員. 稀有金屬材料與工程. 2017(S1)
[5]原位反應(yīng)Al2O3/Al-Si基復(fù)合材料的組織和性能[J]. 劉璇,李如燕,周春生,孫可偉. 鑄造. 2016(02)
[6]鑄造TiAl合金定向?qū)悠M織的室溫拉伸性能和斷裂行為[J]. 朱春雷,張熹雯,李勝,張繼. 稀有金屬材料與工程. 2014(09)
[7]GPa級超高壓下Mg-6Zn-1Y合金凝固過程及準晶形成[J]. 董允,林小娉,徐瑞,劉士俊,田莎莎. 稀有金屬材料與工程. 2014(05)
[8]鎳包覆Al2O3納米顆粒對氧化鋁陶瓷與鋁之間潤濕性的影響[J]. 楊少鋒,晏彬彬,吳陽,李凱,陳維平. 硅酸鹽學(xué)報. 2012(11)
[9]高壓凝固對Ti-48Al合金片層組織及其力學(xué)性能影響[J]. 王宏偉,朱冬冬,鄒鶉鳴,魏尊杰. 稀有金屬材料與工程. 2012(01)
本文編號：3327946
【文章來源】：稀有金屬材料與工程. 2020,49(09)北大核心EISCICSCD
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【部分圖文】：
高壓凝固Al2O3/Al-10Si復(fù)合材料XRD圖譜
圖1 高壓凝固Al2O3/Al-10Si復(fù)合材料XRD圖譜對熱處理前后不同壓力下高壓凝固Al2O3/Al-10Si復(fù)合材料中α相進行EDS能譜分析結(jié)果如表1所示。經(jīng)ZAF修正后，各元素的誤差均小于1%�？梢钥闯觯S著凝固壓力上升，Al2O3/Al-10Si復(fù)合材料α相中的Si的固溶度也逐漸增加，凝固壓力為5 GPa時達到了6.33%。相同的凝固壓力下，熱處理前后Al2O3/Al-10Si復(fù)合材料α相中Si的固溶度，隨著保溫時間增加，呈降低趨勢，也驗證了α相中固溶的Si原子隨熱處理時間的延長而逐漸彌散析出這一現(xiàn)象。
由前面的分析可以看出，高壓凝固時Si原子的擴散受到抑制，在高溫時具有良好流動性的Si原子在高壓凝固后會更多的固溶進Al基體中，并且Si富集區(qū)均勻的分布在集體中，并為后續(xù)的時效處理析出Si相提供形核質(zhì)點。在160℃的溫度經(jīng)不同時間熱處理后，Si的富集區(qū)發(fā)生分解，轉(zhuǎn)變形成穩(wěn)定的Si相。Celotto[16]的研究表明，過飽和度越大，則析出驅(qū)動力越大，析出相越容易析出，因此隨著壓力的增加試樣熱處理后會形成更多的Si相顆粒。同時，作為一種非穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，過飽和固溶體中的Si元素析出所需要的激活能較低，有研究表明[17,18]，凝固壓力高還可以導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)中存在大量缺陷，如位錯和空位，有利于β相形核。因此相比常壓凝固，高壓凝固Al2O3/Al-10Si復(fù)合材料α相內(nèi)會緩慢析出細小顆粒狀的β相，而相應(yīng)的熱處理后Al2O3/Al-10Si復(fù)合材料α相中的Si相含量增加，易形成沉淀強化，因而位錯滑移受到抑制，有利于提高材料的力學(xué)性能。圖4 5 GPa壓力凝固Al2O3/Al-10Si復(fù)合材料熱處理組織形貌
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Al-Si合金枝晶形貌的三維相場模擬[J]. 張冰,趙宇宏,王鴻,陳偉鵬,侯華. 稀有金屬材料與工程. 2019(09)
[2]Cu對高壓凝固Mg-9Al-1Zn合金顯微組織及力學(xué)性能的影響[J]. 徐暢,黃鐸,林小娉,郭士琦,何永鵬. 鑄造. 2019(08)
[3]原位γ-Al2O3（P）/A356復(fù)合材料的制備及性能研究[J]. 孟明艾,陳剛,趙玉濤,劉夢璐,袁方今. 熱加工工藝. 2019(14)
[4]高壓凝固Ti-48Al合金片層組織失穩(wěn)機理[J]. 朱冬冬,董多,賀慶,周兆忠,張元祥,王琪斌,倪成員. 稀有金屬材料與工程. 2017(S1)
[5]原位反應(yīng)Al2O3/Al-Si基復(fù)合材料的組織和性能[J]. 劉璇,李如燕,周春生,孫可偉. 鑄造. 2016(02)
[6]鑄造TiAl合金定向?qū)悠M織的室溫拉伸性能和斷裂行為[J]. 朱春雷,張熹雯,李勝,張繼. 稀有金屬材料與工程. 2014(09)
[7]GPa級超高壓下Mg-6Zn-1Y合金凝固過程及準晶形成[J]. 董允,林小娉,徐瑞,劉士俊,田莎莎. 稀有金屬材料與工程. 2014(05)
[8]鎳包覆Al2O3納米顆粒對氧化鋁陶瓷與鋁之間潤濕性的影響[J]. 楊少鋒,晏彬彬,吳陽,李凱,陳維平. 硅酸鹽學(xué)報. 2012(11)
[9]高壓凝固對Ti-48Al合金片層組織及其力學(xué)性能影響[J]. 王宏偉,朱冬冬,鄒鶉鳴,魏尊杰. 稀有金屬材料與工程. 2012(01)
本文編號：3327946
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