【摘 要】
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高硅铝合金因为其优异的热膨胀性能和摩擦磨损性能广泛用于各种汽车零部件和电子封装材料中,但是其组织中粗大复杂不规则的多面体状的初晶硅和大的层片状共晶硅组织严重降低了材料的性能,对硅相的细化和变质的效果将直接决定着材料的性能,如何获得细小并且规则的块状初晶硅和细小呈纤维状的共晶硅是研究的重点。由于化学变质剂的瓶颈和毒化作用,使得高硅铝合金的硅相的细化和变质面临诸多挑战,因此本文使用γ-Al2O3纳米颗
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高硅铝合金因为其优异的热膨胀性能和摩擦磨损性能广泛用于各种汽车零部件和电子封装材料中,但是其组织中粗大复杂不规则的多面体状的初晶硅和大的层片状共晶硅组织严重降低了材料的性能,对硅相的细化和变质的效果将直接决定着材料的性能,如何获得细小并且规则的块状初晶硅和细小呈纤维状的共晶硅是研究的重点。由于化学变质剂的瓶颈和毒化作用,使得高硅铝合金的硅相的细化和变质面临诸多挑战,因此本文使用γ-Al2O3纳米颗粒结合高能超声处理装置使其加入到Al-20Si合金中,实现了纳米颗粒对于硅相的细化和变质,并进行了机理分析,发现了γ-Al2O3纳米颗粒对初晶硅和共晶硅的生长过程中都有物理抑制作用,显著降低初晶硅的形核过冷度,同时还可能作为初晶硅的异质形核核心,随着γ-Al2O3纳米颗粒添加量增多,初晶硅从未变质的66.2μm细化到26.7μm,尺寸细化效率达到59.7%,长径比也从2.5降低到1.54,改善了初晶硅的形貌和在基体上的分布,共晶硅的长度也从67.5μm降低到了26.1μm,细化效率达到60.4%;材料的硬度、抗拉强度和延伸率从57.1HV、102.4 MPa、0.6%,分别提高到了88.1HV、152.8MPa、1.72%,热膨胀性能也显著降低,材料的磨损率从5.30×10-3mm/m降低到2.26×10-3mm/m,降低了57.4%,其磨损机制也从剥层磨损向黏着磨损和磨粒磨损转变。同时研究了冷却速率对于纳米颗粒增强Al-20Si复合材料的影响,发现在110K/s的高冷速下,纳米颗粒仍然对初晶硅具有显著的细化效果,此时Al-20Si复合材料的初晶硅平均尺寸达到最小为15.8μm,长径比为1.28,共晶硅长度为4.6μm,相比15K/s的冷速下初晶硅的细化效率达到37.8%,共晶硅的细化效率达到80.3%,并且发现了纳米颗粒在高冷速下可以诱发共晶硅产生更多的孪晶分支,从而使得大量共晶硅呈现纤维状结构。在110K/s的冷速下,Al-20Si复合材料的力学性能达到最高,其抗拉强度和延伸率分别为178.5MPa和2.4%。
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