為研究Al-Si合金凝固過程中納米顆粒如何影響Si相形貌,在Al-20Si半固態(tài)區(qū)間加入0.5wt.%ZnO納米顆粒并機械攪拌,鑄態(tài)Al-20Si-0.5ZnO復(fù)合材料的強度和伸長率顯著提高。其中,伸長率提高5倍左右。金相及SEM組織顯示初晶和共晶Si都得到了細化。初晶Si由星狀轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗝骟w狀或塊狀,且其邊緣及凹角更加圓整,共晶Si的寬度也更加細小。研究結(jié)果表明,ZnO加入后與熔融鋁液發(fā)生還原反應(yīng)生成Al₂O₃,同時細化了初晶Si和共晶Si,從而顯著提高了合金的伸長率。 

【文章來源】：鑄造. 2020,69(07)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

澆注試塊及拉伸試棒示意圖

圖1 澆注試塊及拉伸試棒示意圖圖3統(tǒng)計了初晶Si尺寸的變化幅度，從統(tǒng)計結(jié)果可知經(jīng)過ZnO納米顆粒處理的合金初晶Si顆粒尺寸的變化范圍明顯減小。另外，初晶Si形貌由星狀轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗝骟w或塊狀。ZnO納米顆粒處理的合金中初晶Si的尺寸要比未處理的小3～4倍左右。初晶Si的細化必然會導(dǎo)致力學(xué)性能的提升。組織細化意味著材料中包含更多的晶界區(qū)域。裂紋極易在脆性初生Si和α-Al界面處萌生，并且會在初晶Si顆粒內(nèi)部擴展。

圖4是Al-20Si-0.5ZnO合金的SEM圖及EDS能譜圖。EDS能譜結(jié)果表明Al-20Si-0.5ZnO復(fù)合材料中存在高含量的Al、O，這表明納米Al2O3團簇有可能存在，提供異質(zhì)形核質(zhì)點[10]，當引入ZnO納米顆粒時，會發(fā)生分解，從而向熔體中提供Zn和O原子。Zn固溶至基體中，可以形成成分過冷，促進初晶Si形核；而O有兩種存在方式，一種是形成Al2O3晶體，另一種則溶解在基體中。但從SEM-EDS分析以及微觀組織中很難找到單個的Al2O3顆粒，需要后續(xù)通過TEM進一步分析。試驗中加入了0.5%ZnO，若全部被Al還原，合金應(yīng)含有0.4%Zn，但從表1的化學(xué)成分中可知Zn含量只有0.257%，這說明加入的納米ZnO顆粒未被全部還原，其溶解率只有65%左右。從能譜圖中的元素含量中可以說明ZnO溶解進基體中，但又未完全溶解。圖4 Al-20Si-0.5ZnO合金SEM圖和元素的EDS面掃描圖


本文編號：3353741