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Al-K_2ZrF_6-B_2O_3体系反应合成复合材料的制备与性能研究

章照  
【摘要】:本文研究开发了Al-K_2ZrF_6-B_2O_3原位反应新体系,采用熔体反应法成功制备了(ZrB_2+Al_2O_3+Al_3Zr)/Al及(ZrB_2+Al_2O_3+Al_3Zr)/A356复合材料,对复合材料的微观组织、凝固行为、反应机制、力学性能进行了研究。 XRD和电子探针分析的结果均表明,Al-K_2ZrF_6-B_2O_3原位反应生成的增强相颗粒为ZrB_2、Al_2O_3和Al_3Zr。以SEM分析对原位反应生成的颗粒大小及分布均匀性进行了评价,结果表明:其颗粒平均尺寸约为1~4μm,颗粒偏聚程度较小。工艺参数对凝固组织的影响研究表明:Al-K_2ZrF_6-B_2O_3体系制备复合材料的最佳工艺参数为:起始反应温度在850±20℃,反应时间为15min,反应物K_2ZrF_6与B_2O_3摩尔配比为2∶1,反应物的加入量应不超过铝液质量分数的20%为宜。 (ZrB_2+Al_2O_3+Al_3Zr)p/Al复合材料的室温拉伸强度随颗粒体积分数的增加而增大,但延伸率先升后降。当增强相颗粒体积分数为8vol%时,复合材料的力学性能为:σ_b=152.3MPa,σ_s=112.3MPa,较基体分别提高95.2%和167.3%。(ZrB_2+Al_2O_3+Al_3Zr)p/A356复合材料的抗拉强度和屈服强度均随颗粒体积分数的增加而提高。当增强相颗粒体积分数为8vol%时,该复合材料的力学性能为:σ_b=341.6MPa,σ_s=283.2MPa,较基体A356合金分别提高了53.3%和68.4%。但是其延伸率则一直呈下降趋势。 在载荷58.8N、滑动速度0.42m/s的干滑动磨损条件下,(ZrB_2+Al_2O_3+Al_3Zr)p/Al复合材料耐磨性随着颗粒体积分数的增加而提高,磨损时间为120min时基体材料的磨损量为122.2mg而8vol%(ZrB_2+Al_2O_3+Al_3Zr)p/Al的磨损量为59.2mg,基体材料的磨损量是复合材料的2.1倍;(ZrB_2+Al_2O_3+Al_3Zr)p/A356复合材料的耐磨性明显高于基体A356合金的耐磨性,且复合材料耐磨性随着颗粒体积分数的增加而提高。磨损时间为120min时A356基体材料的磨损量为82.2mg,而8vol%(ZrB_2+Al_2O_3+Al_3Zr)p/A356材料的磨损量仅为31.2mg,A356基体材料的磨损量是复合材料的2.6倍。随着磨损时间的加长,(ZrB_2+Al_2O_3+Al_3Zr)P/A356复合材料的耐磨性越来越优于基体A356合金。在滑动速度0.42m/s,每一载荷下滑动时间为60min时,复合材料和基体的磨损量都随外加载荷的增大而增大,但复合材料的磨损量随载荷的增大幅度远小于基体。复合材料的瞬变载荷要比基体合金


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