梯度功能复合材料以其特殊的性能,成为新材料的研究方向之一。但是由于缺少基础理论研究,生产技术大多停留在实验阶段。本文以低成本、大批量生产工艺为着眼点,研究了颗粒增强Al基梯度功能复合材料的制备技术和离心铸造成型工艺,并对成型零件进行了性能检测。参照实验数据,文章首先模拟了三种粒径的SiC颗粒在离心场中的运动情况。结果表明,颗粒绝大部分偏聚在外侧,形成具有一定后的颗粒层,并且颗粒层的相对厚度与单一颗粒情况相比有所提高。由于颗粒与基体的密度差异,停止搅拌后颗粒会发生沉降。文章亦计算了5min内的沉降现象。结果表明,浆料在径向上的成分差异较大,并且颗粒越大,沉降速度越快。实验分别选用ZL104合金和ZL109合金为基体材料,粒径分别为15μm、30μm,和59μm、体积分数为20%的SiC颗粒为增强材料,制备了重30kg的复合材料。高温下颗粒会与基体发生化学反应,生成物降低了复合材料的整体性能。采用高温氧化对颗粒预处理,不仅阻碍了反应发生,也提高了颗粒与基体的润湿性。随后阐述了使颗粒均匀分散的半固态机械搅拌工艺。以离心铸造法,在766℃和820℃分别浇注了两模筒状零件。通过增加搅拌时间和提高浇注温度,显著降低了零件中的气泡和氧化现象。零件断面上有一明显的分界面将颗粒层和基体层分开,表明颗粒分布呈骤变式变化。与模拟结果对比,零件的颗粒层相对厚度接近,但颗粒体积分数较小。对复合材料试样的微观组织观察显示,颗粒与基体的界面不存在严重的反应,主要以机械结合和原子扩散连接。同时在界面上也存在基体合金元素和Si的偏析。检测了热处理前后试样的硬度和耐磨性。数据表明:热处理提高了复合材料的硬度,说明热处理是提高颗粒增强金属基复合材料强度的途径之一;热处理后,颗粒层硬度提高程度小于基体层硬度提高程度;时效处理降低了复合材料的耐磨性;SiC颗粒提高了基体中时效析出相的形核动力,使复合材料的时效时间提前至3h-4h。分析了实验与模拟结果的差异原因:颗粒分布是凝固、粘度变化共同作用的结果,数值计算应该寻找凝固界面推移的替代方式,使结果贴近实际。最后,实验采用车削方法在颗粒层中加工出高度80mm、壁厚2.5mm的薄壁筒状零件。与均质材料相比,复合材料对刀具磨损严重,发热量大,零件表面质量不易控制。