Sm及CNTs在鋁硅合金中的應(yīng)用及性能研究.pdf

1、Al-Si系鑄造合金是一種傳統(tǒng)的工業(yè)用鋁合金材料，因其原料成本低廉且具有良好的鑄造、焊接及耐磨性能而廣泛應(yīng)用。ZL101和ZL102合金為兩種典型的Al-Si系鑄造合金。然而，其鑄態(tài)顯微組織特性為多邊形塊狀的初晶硅和粗大針狀的共晶硅，α-Al枝晶粗大，導致合金的力學性能惡化。本文主要對稀土釤（Sm）及碳納米管（CNTs）在鋁硅合金中的應(yīng)用及性能進行研究。
　　研究結(jié)果表明：稀土Sm能降低Al-Si合金的共晶溫度。加入量越多，則降低

2、幅度越大。當加入0.6wt.％ Sm時，共晶溫度最低。共晶溫度低是具有良好變質(zhì)組織合金的一個共同的特征。對顯微組織而言：ZL101的α-Al二次枝晶臂間距隨著Sm含量增加而減少，當Sm的含量達0.6wt.%時，二次枝晶臂間距值最低，由原來的40μm變?yōu)?7μm；而此時ZL102合金的α-Al呈雙重枝晶-晶胞結(jié)構(gòu)和松樹結(jié)構(gòu)分布，枝晶數(shù)量增多。Sm對Al-Si合金的共晶硅相變質(zhì)能力較強。可將Al-Si系合金中細長針狀變質(zhì)為細小圓整的顆粒狀。

3、對于ZL102合金，添加適量稀土Sm能同時變質(zhì)初晶硅和共晶硅。此外，稀土Sm能提高Al-Si系合金的力學性能。當0.6wt.%Sm加入時，合金具有良好的綜合力學性能。
　　CNTs的韌性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性良好，作為增強相加入合金后，復合材料的性能將帶來一次飛躍。然而CNTs密度低，尺寸小，比表面積大，難以分散，與鋁合金基體潤濕性差。因此，為了解決上述問題，本課題首先制備了CNTs含量高的Al-CNTs中間納米復合材料作為CNTs的載體，

4、然后加入鋁硅合金熔體稀釋輔以施加機械攪拌或超聲制備CNTs/ZL101復合材料。在Al-CNTs中間納米復合材料中，CNTs含量越多，熔化時間越長，CNTs的最佳含量為5~8wt.%。Al-CNTs中間納米復合材料經(jīng)熱擠壓后可縮短其熔化時間。
　　采用機械攪拌法制備的CNTs/ZL101復合材料，隨著CNTs的加入，顯微組織得到細化。但是由于機械攪拌法對CNTs的分散能力有限，當CNTs含量超過0.4wt.%時，復合材料的內(nèi)部缺陷

5、多，存在大量的CNTs團聚物，導致復合材料力學性能下降。當CNTs含量為0.2wt.%時，復合材料的顯微硬度及力學性能最佳，與基體相比，硬度和極限抗拉強度分別提高了36.8%、18.8%。
　　采用超聲法制備的CNTs/ZL101復合材料與機械攪拌法相比，CNTs的團聚物在超聲的空化效應(yīng)作用下在復合材料內(nèi)均勻分布，共晶硅及α-Al也得到細化。超聲功率越大，復合材料的顯微組織越好，最佳的超聲功率為2.1kw。在功率2.1kw超聲作用