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颗粒增强铝基复合材料由于具有高比强度、比刚度和良好的耐磨性、疲劳抗性,在航天和汽车等领域具有良好的应用前景。在实际应用中复合材料常要服役于高温环境和摩擦环境,这就要求其要具备一定的高温力学性能、满足一定的尺寸稳定性和耐磨性。本文采用铸造铝合金中高温性能较好的ZL109作为基体,采用混合盐反应法原位合成了TiB2/ZL109复合材料。原位合成法克服了传统外加颗粒制备方法成本高、颗粒与界面污染严重结合差等缺点,增强体分布均匀、基体上无界面反应,可以使用传统的金属熔融铸造设备,工艺周期较短,成本低,是值得发展的金属基复合材料(MMCs)制备方法。研究中利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)、万能拉伸试验机、热膨胀仪、摩擦磨损试验机等现代分析和测试手段,研究了复合材料的热处理工艺、高温抗拉强度、热膨胀性能、摩擦磨损性能。得到的主要结论如下:
1. 增强体颗粒为亚微米级,在基体分布均匀。
2. 根据对复合材料时效特性的研究得到复合材料适当的热处理工艺为525℃固溶1.5h, 170℃时效8h。
3. 复合材料具有良好的高温抗拉性能。在260℃,颗粒的增强效果最好,1.9wt.% TiB2/ZL109和8.3wt.% TiB2/ZL109的抗拉强度分别比基体合金提高了44.6%和63.3%。
4. 原位TiB2/ZL109复合材料具有比基体合金更低的热膨胀系数。热循环曲线封闭性好,在室温时只有少量的残余缩短,小于0.05%。在25-150℃区间,18wt.%TiB2/ZL109和8.3wt.%TiB2/ZL109的热膨胀系数分别比基体合金降低了16.2%和12.8%。但随着温度升高,颗粒对热膨胀系数的影响降低。
5. 复合材料的摩擦磨损性能与基体相当。