SiCp/Al复合材料无卷气搅拌铸造研究

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SiCp/Al复合材料由于其优异的性能广泛应用于航空航天、交通运输及电子封装等领域。在众多制备方法中,半固态搅拌铸造法生产成本低、易于实现近终成形,是较为经济的SiCp/Al复合材料的制备方法。针对采用半固态搅拌铸造法制备SiCp/Al复合材料存在的搅拌卷气以及SiCp难以在基体中均匀分布的问题,本文利用数值模拟与实验相结合的方法,开展了 SiCp/Al复合材料无卷气搅拌铸造研究,有效地消除了搅拌卷气并实现了 SiCp的均匀分布,并对其进行了拉伸性能测试。主要内容如下:利用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟方法,研究了坩埚叶片水平夹角γ及搅拌时间t对SiCp分布的影响,得到能使SiCp均匀分布的叶片水平夹角γ=30°,合理的搅拌时间为300s以上,为后续实验提供了指导和参考。利用自主研发的电磁机械复合搅拌装置制备了 SiCp/Al半固态浆料,该装置避免了搅拌卷气的发生,使材料的孔隙率P由3.08 vol.%降至0.04 vol.%;对数值模拟得到的搅拌条件进行了实验验证,并建立了搅拌温度T与半固态浆料固相率fs之间的关系。进行了 SiCp/Al半固态浆料的常规铸造研究,获得了组分均匀的SiCp/Al复合材料,得到的能够抑制SiCp沉降的条件为固相率fs应大于20%。对于本研究得到的无气孔A1合金基体,其屈服强度由存在气孔的A1合金基体的63 MPa提升至66 MPa,抗拉强度也由113 MPa提升至131 MPa;对于得到的无气孔且组分均匀的SiCp/Al复合材料,随着SiCp含量的增加,屈服强度和抗拉强度逐渐提高,但延伸率逐渐降低。当SiCp含量为4 vol.%时,屈服强度可达108 MPa,抗拉强度可达211 MPa,延伸率可达10.5%,使SiCp/Al复合材料既具有高强度又具备良好的塑性,可见4 vol.%是较为理想的SiCp添加量。本研究确定了无气孔且组分均匀的SiCp/Al复合材料的合理成形工艺参数,为制备高性能SiCp/Al复合材料探索了 一条新途径。
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