半固態(tài)法制備鋁硅復(fù)合材料

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1、封面頁(yè)頁(yè)碼：T-745半固態(tài)金屬加工制作原位的Si/Al復(fù)合材料翻譯原文作者H.Wang工程與測(cè)繪學(xué)院，南昆士蘭大學(xué)，圖沃柏，QLD4350，澳大利亞作者：H.Wang，工程和測(cè)繪學(xué)院，南昆士蘭大學(xué)，圖沃柏QLD4350;澳大利亞;電話(huà)：+61-7-46312549傳真：+61-7-46312526電郵:wangh@usq.edu.au關(guān)鍵詞：鋁-硅合金;過(guò)共晶鋁合金;原位鋁基復(fù)合;半固態(tài)金屬加工;ALP細(xì)化。半固態(tài)金屬加工制作原位的Si/Al復(fù)合材料H.Wang工程與測(cè)繪學(xué)院，南昆士蘭大學(xué)，圖沃柏，QLD4350，澳大利亞過(guò)共晶鋁硅合金，可被視為與初生硅為增

2、強(qiáng)相的原位復(fù)合材料。在本文中，我們使用半固態(tài)金屬加工技術(shù)生產(chǎn)這種原位的Si/Al復(fù)合材料。過(guò)共晶Al-Si合金，AlSi17Cu5Mg0.55，被熔鑄成永久模控制凝固條件。在復(fù)合材料，觀(guān)察初生Si顆粒共存與初生α-Al粒子均勻分散在Al-Si共晶的矩陣。硅粒子的結(jié)構(gòu)可以控制由ALP細(xì)化和熱細(xì)化，并可以通過(guò)控制半固態(tài)部分重熔的α-Al粒子。關(guān)鍵詞：鋁-硅合金;過(guò)共晶鋁合金;原位鋁基復(fù)合;半固態(tài)金屬加工;ALP細(xì)化。引言過(guò)共晶Al-Si合金可視為自然初生硅基質(zhì)金屬原位復(fù)合材料作為增強(qiáng)相。他們結(jié)合起來(lái)，如良好的延展性，良好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性，高韌性等性能得益于其金屬基體

3、，同時(shí)兼有硅增強(qiáng)相的屬性，如高耐磨性，高的屈服強(qiáng)度和較低的熱膨脹。材料在汽車(chē)上的應(yīng)用吸引了越來(lái)越多的興趣，尤其是在嚴(yán)重磨損部件，如活塞，缸體，泵體和壓縮機(jī)[1,2]。然而，其使用一直得到了鍛煉，特別是一些困難，他們的高潛熱和由此產(chǎn)生的凝固時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致模具磨損，難以控制的大小和初生Si相[3]分布。在過(guò)共晶Al-Si合金，硅晶體，一旦核，可以成長(zhǎng)為一個(gè)大型和不規(guī)則的大小。在處理金屬基復(fù)合材料時(shí)半固態(tài)金屬加工是個(gè)很有有吸引力的方式，增強(qiáng)相在半固態(tài)原料生產(chǎn)可預(yù)先控制。在隨后的半固態(tài)鑄造工藝，鋁基重熔而硅粒子保持穩(wěn)固，因此保留在最后半固態(tài)鑄件初始Si結(jié)構(gòu)[4,5]。此

4、外，采用半固態(tài)鑄造，澆注溫度和熱含量非常減少，從而導(dǎo)致減少模具磨損和總收縮。關(guān)于已使用電磁攪拌,機(jī)械攪拌[6]和超聲波治療[7]技術(shù)來(lái)生產(chǎn)初生硅粒子細(xì)小的的過(guò)共晶鋁硅合金的報(bào)道[2]。本文提出了在原位的Si/Al復(fù)合材料半固態(tài)金屬加工生產(chǎn)的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)本次實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備使用商業(yè)純度較高的的鋁，硅，鎂和銅過(guò)共晶鋁硅合金,它的正常成份是AlSi17Cu5Mg0.65。將該材料合理放置在感應(yīng)爐里。熔體被提高到750°C，然后以氬氣為10分鐘通過(guò)石墨槍冒泡脫氣。磷化鋁用于細(xì)化初生硅相使其在P75ppm的水平，通過(guò)增加中間合金棒ALCUP。ALCUP是準(zhǔn)備的中間合金有效成分為磷

5、化鋁。將熔體不包含磷化鋁投入專(zhuān)為快速加熱及萃取而設(shè)計(jì)的鋼模具。第一個(gè)模具是直徑50mm,深70mm的圓柱形空腔，以獲得較低的冷卻速度,另一個(gè)模具是直徑20mm深200mm的圓柱形空腔具有較高的冷卻速度。澆注溫度為770℃，模具溫度為200°C。這是在熔融鹽浴中進(jìn)行半固態(tài)重熔的鑄件切取的圓柱樣品(直徑20mm,高度10mm)的截面圖。鹽浴具有良好的熱接觸可以實(shí)現(xiàn)快速加熱（約15°C/S）。樣品在等溫半固態(tài)相區(qū)進(jìn)行保持570°C,保溫10min，然后在冰水中淬火以檢查其微觀(guān)結(jié)構(gòu)。金相樣品的制備采用了0.05微米的膠體二氧化硅的最后拋光階段的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)程序。使用光學(xué)顯

6、微鏡的樣品的微觀(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了審查。請(qǐng)鍵入文字或網(wǎng)站地址，或者上傳文檔。試驗(yàn)結(jié)果鑄態(tài)組織圖1所示為鑄態(tài)組織和沒(méi)有磷化鋁細(xì)化的材料，并在兩個(gè)不同尺寸的模具，它是指兩個(gè)不同的冷卻速率凝固。該組織由初生Si顆粒，主樹(shù)突狀的α-Al粒子和Al-Si共晶的。從相圖是沒(méi)有預(yù)料到的初生Si和初生α-Al相共存。特殊設(shè)計(jì)的模具，在凝固過(guò)程中具有很高的吸熱能力從而避免了“爆炸式”增長(zhǎng)的硅相[3]。磷化鋁是非常有效的細(xì)化初生Si相。如果沒(méi)有的磷化鋁細(xì)化，約100微米的硅粒子的大小和分布并不均勻（圖1a和b）。硅粒子的大小，后磷化鋁此外，顯著降低到約40-50微米非常均勻分布（圖1c）

7、。高冷卻率進(jìn)一步降低到20微米的顆粒大小。組織中的α-Al顆粒，磷化鋁的影響有點(diǎn)不太顯著。無(wú)論是否含有樣品是否添加了磷化鋁α-Al粒子區(qū)別不大。目前還不清楚這是否反映了在初級(jí)鋁的組成部分，減少或僅僅是一個(gè)明顯的共晶硅在高的冷卻速度存在不同的生長(zhǎng)特性造成的影響，也導(dǎo)致出現(xiàn)一個(gè)略小的鋁樹(shù)突。結(jié)合磷化鋁細(xì)化，當(dāng)具有較高的冷卻速度時(shí)，硅粒子平均粒徑小于20微米，被均勻地分散在鋁基中，得到非常精細(xì)和均勻的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)如圖1d所示。ab-cd圖1-鑄件樣品的微觀(guān)結(jié)構(gòu)，（a和b）沒(méi)有磷化鋁細(xì)化,（c和d）磷化鋁細(xì)化;（a和c）低冷卻速率;（B和D）高的冷卻速度。半固體微結(jié)構(gòu)

8、這些鑄件樣品在等溫半固態(tài)相區(qū)進(jìn)行保持5