粉末冶金制備鋁及其復(fù)合材料的組織與性能

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1、萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)46LAFr輕合金加工技術(shù)2007，V01．35，N0122試驗(yàn)結(jié)果及分析2．1燒結(jié)工藝參數(shù)對(duì)PM鋁及其復(fù)合材料的影響有研究指出【4J，壓制中合金粉末必須發(fā)生表面熔化產(chǎn)生液相，合金發(fā)生表面熔化的溫度為0．8瓦(咒為合金的熔點(diǎn))。在壓力作用下液相填充粉末顆粒問的空隙，從而得到致密的塊體。但這是針對(duì)熱壓的情況而言。本試驗(yàn)旨在無壓下燒結(jié)實(shí)現(xiàn)鋁及其復(fù)合材料的燒結(jié)。大量的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在一般粉末冶金方法b1采用的壓力下將鋁及其復(fù)合材料壓制成形，雖然材料與金屬模具壁不發(fā)生冷焊，但即使在高達(dá)800。C的燒結(jié)溫度下，鋁及其復(fù)合材料的壓坯均不發(fā)生燒結(jié)，僅表面生成大顆粒金屬豆，“出

2、汗”現(xiàn)象嚴(yán)重。這是因?yàn)樵谛〉膲毫ο鲁尚?，金屬顆粒間的孔隙較大，鋁與基體中的Cu雜質(zhì)形成的低熔點(diǎn)共晶相在燒結(jié)過程中沿孑L隙聚集、溢出壓坯表面。提高壓應(yīng)力至700N／rr擊，壓坯致密度增加，顆粒間變形緊密接觸，有效阻斷了低熔點(diǎn)共晶相聚集、溢出的通道，燒結(jié)溫度為6J,0％一670。C，壓坯內(nèi)部均勻生成低熔點(diǎn)共晶相，原位擴(kuò)散穿透壓制時(shí)已部分破碎的氧化鋁膜，并擴(kuò)散到鋁粉顆粒中，試樣發(fā)生燒結(jié)。此時(shí)，燒結(jié)試樣表面“出汗”輕微，成形完好。Ⅱe．3,1-，燒結(jié)時(shí)間也對(duì)燒結(jié)試樣的表面質(zhì)量產(chǎn)生影響。燒結(jié)時(shí)間過長，試樣邊緣處發(fā)生燒塌現(xiàn)象；減少燒結(jié)時(shí)間，燒塌現(xiàn)象得到改善。在本試驗(yàn)條件下，燒結(jié)時(shí)間為1

3、h．1．5h，燒結(jié)效果良好。2．2PM鋁及其復(fù)合材料的組織與性能圖1為加熱爐通Ar氣保護(hù)，燒結(jié)溫度670。C保溫lh條件下鋁及其復(fù)合材料的顯微組織?？梢钥闯?，鋁及其復(fù)合材料的組織致密，沒有明顯孔洞；鋁基復(fù)合材料中增強(qiáng)相在基體上的分布基本均勻(圖1b)，增強(qiáng)相與基體界面較清晰、干凈。由于鴿q—siQ耐火材料晶化后沒有經(jīng)過篩選直接使用，所以鴿q．SiQ顆粒的大小及其形貌不規(guī)則。對(duì)真空爐中670c12保溫1h燒結(jié)的鋁及其復(fù)合材料的金相組織也進(jìn)行了觀察，有與上述相類似的結(jié)果。燒結(jié)后的鋁及其復(fù)合材料的真實(shí)密度、致密度、孔隙率如表1所示?？梢钥闯?，復(fù)合材料的密度都達(dá)到了95％以上，氣孔

4、率很低，這對(duì)于消除孔隙對(duì)材料性能的影響、提高粉末冶金復(fù)合材料的性能是十分有利的。比較來看，真空爐中燒結(jié)的材料比心氣保護(hù)下相應(yīng)的材料的致密度高，而且鋁基復(fù)合材料比鋁基體的高，其中真空鋁基復(fù)合材料的致密度最高，達(dá)到97．20％。在壓坯成形過程中，粉末與粉末之間的摩擦、粉末與模壁間的摩擦共同影響原始粉料的致密化【6】。在鋁基體中加^一純鋁粉燒結(jié)b一鋁基復(fù)合材料圖1鋁及其復(fù)合材料的顯微組織(m氣保護(hù)燒結(jié)，670。c保溫1h)入她q．Si02增強(qiáng)體后，減少了壓制過程中粉末與粉末間的摩擦，協(xié)調(diào)壓制過程中顆粒塑性變形，同時(shí)模壁涂抹液體石蠟，減少了粉末與模壁的摩擦，增加了坯塊的致密度，使得

5、燒結(jié)后的鋁基復(fù)合材料比鋁基體的致密度高，氣孔率也相應(yīng)減小。而真空爐中燒結(jié)后材料的致密度最高與真空燒結(jié)前的抽真空有關(guān)。真空除氣大幅減少了粉粒氧化層的吸附水，避免了高溫下吸附水與鋁發(fā)生反應(yīng)，有利于提高鋁粉末冶金制品的力學(xué)性能【5J。表1鋁及其復(fù)合材料的真實(shí)密度、致密度和孔隙率注：k·卅一Ar氣保護(hù)下燒結(jié)純鋁；k．AlnrAr氣保護(hù)下燒結(jié)鋁基復(fù)合材料；}AI一真空爐中燒結(jié)純鋁；z．A1IIr一真空爐中燒結(jié)鋁基復(fù)合材料。對(duì)燒結(jié)后鋁及其復(fù)合材料的拉伸試樣表面進(jìn)行清理，測(cè)試?yán)煨阅?，其結(jié)果如表2所示?？梢钥闯觯c鋁基體相比較，鋁基復(fù)合材料的性能有了很大提高，其彈性模量E、抗拉強(qiáng)度R。和

6、屈服強(qiáng)度R田：分別提高了354．3％、257．1％和314．1％。鋁基復(fù)合材料中的增強(qiáng)相起到了有效增強(qiáng)作用。(下轉(zhuǎn)第51頁)萬方數(shù)據(jù)