文档介绍：博士学位论文
挤压铸造 SiCw/Al-18Si 复合材料
凝固行为的研究
SOLIDIFICATION OF SiCw/Al-POSITES
PREPARED BY SQUEEZE CASTING
魏红梅
2009 年 6 月
国内图书分类号: 学校代码:10213
国际图书分类号: 密级:公开
工学博士学位论文
挤压铸造 SiCw/Al-18Si 复合材料
凝固行为的研究
博士研究生: 魏红梅
导师: 耿林教授
副导师: 张学习副教授
申请学位: 工学博士
学科: 材料学
所在单位: 材料科学与工程学院
答辩日期: 2009 年 6 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index:
Dissertation for the Doctoral Degree in Engineering
SOLIDIFICATION OF SiCw/Al-POSITES
PREPARED BY SQUEEZE CASTING
Candidate: Wei Hongmei
Supervisor: Prof. Geng Lin
Associate Supervisor: Assoc. Prof. Zhang Xuexi
Academic Degree Applied for: Doctor of Engineering
Speciality: Materials Science
Affiliation: School of Mater. Sci. & Eng.
Date of Defence: June, 2009
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
摘要
摘要
金属基复合材料的凝固过程影响其组织结构,特别是界面结合状态。采用液
相法制备金属基复合材料的过程中,基体金属在增强相存在情况下的凝固过程是
影响其组织结构的关键。复合材料的凝固行为至今还没有一个统一的认识,因此
复合材料组分和凝固条件对其凝固行为的影响需要进一步研究。本文以典型的铝
硅合金为研究对象,研究了增强相、变质剂、冷却速度和冷却压力对复合材料凝
固过程中形核、长大和组织结构的影响。
利用纯铝和单晶硅配制 Al-18Si 合金,采用 Al-10Sr 合金作为变质剂进行变质
处理。以变质前后的 Al-18Si 合金作为基体,以碳化硅晶须(SiCw)作为增强相,采
用挤压铸造法制备体积分数分别为 15%、20%和 25%的复合材料(SiCw/Al-18Si)。
采用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能谱分析
(EDS)、差示扫描量热法(DSC)等分析手段,研究了压铸态、重熔态和定向凝固状
态下复合材料的显微组织,分析了复合材料的初晶硅和铝硅共晶相的形核与长大
过程。
组织观察和理论计算表明,SiCw作为SiCw/Al-18Si复合材料中初晶硅相的形核
衬底。初晶硅相沿着SiCw表面生长,初晶硅相与SiCw的界面结合较好。通过计算,
(211)SiC∥(110)Si %,(110)SiC∥(111)Si 之间的面错配度为
%。SiCw含量、变质剂Sr、重熔温度、冷却速度、冷却压力等不改变复合材料
基体合金中初晶硅相的形核位置。
随着SiCw体积分数不断增加,压铸态SiCw/Al-18Si复合材料的初晶硅、铝硅共
晶相的尺寸逐渐变小,分布趋于均匀。SiCw对初晶硅相的影响大于对铝硅共晶相
的影响。初晶硅凝固起始温度和峰值温度随SiCw含量的增加而降低,且初晶硅的
数量逐渐减少。以未变质铝硅合金为基体的复合材料的初晶硅凝固起始温度和峰
值温度随SiCw含量变化的幅度大于以变质铝硅合金为基体的复合材料相应的温
度变化幅度。
变质剂 Sr 的加入使 SiCw/Al-18Si 复合材料中的初晶硅由片状或雪花状转变为
块状或颗粒状,平均尺寸缩小为原来的 1/10~1/6。变质剂 Sr 使复合材料中铝硅共
晶组织由粗条状、短棒状且成堆密集状态,转变为细短条状或颗粒状且均匀弥散