喷粉法制备高硅铝合金半固态浆料及压力成型研究

作     者：廖福锦 

作者单位：福州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王连登;朱定一

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：高硅铝合金 初生Si 喷粉法 雾化粉末 半固态制浆 压力成型 

摘      要：高硅铝合金具有良好的耐热性、耐磨性、耐蚀性以及低的热膨胀系数等优点,是制造汽车发动机的活塞、缸套以及刹车盘等耐热、耐磨零件的理想材料。在传统工艺中通常采用变质剂对高硅铝合金中的初生Si进行细化处理,不仅达不到理想的细化效果,还存在效率低、污染大、不稳定等问题,这也是制约高硅铝合金发展和应用的根本原因。为此,本文以Al-20%Si合金为研究对象,采用半固态法处理高硅铝合金熔体,利用喷粉法制备高硅铝合金半固态浆料并在压力下成型。利用OM、SEM、EDS、摩擦磨损试验等方法,研究了喷粉法制备半固态浆料工艺参数对高硅铝合金组织和性能的影响,探讨了Al-20%Si合金半固态浆料在压力成型过程中压力对合金组织与性能的影响,为高硅铝合金材料在制备活塞和刹车盘等工业应用提供了理论基础和试验依据。研究结果表明,通过雾化法所获得的Al-20%Si粉粒的形貌以近球状为主;粉粒直径越小,组织中的初生Si、共晶硅越小,粒径从3mm到0.075mm,初生硅晶粒平均尺寸由29.84μm减小到2.38μm。与内冷法和气体搅拌法相比,采用喷粉法可以获得更细小圆整的高硅铝合金半固态浆料组织。试验结果表明,采用喷粉法制备A1-20%Si合金半固态浆料的最佳工艺参数为:合金的制浆温度为700℃、粉粒/熔体质量比为9%、粉粒成分为Al-20%Si、粉粒直径为0.075mm、喷粉棒转速为900rpm。在工艺参数下获得初生Si平均晶粒尺寸为18.12μm,形状因子为0.82,合金硬度为123.4HB,抗拉强度为150.9MPa。Al-20%Si合金半固态浆料压力成型试验结果表明:试验压力下对Al-20%Si合金中初生Si组织的影响效果较小,而对共晶Si组织的细化效果却非常明显,使共晶Si由长针状转变为点状和短杆状均匀分布在基体中,并且出现了亚共晶特征的α-Al。Al-20%Si半固态浆料在压力作用下成型,相对与普通液态压力成型,合金的硬度由120.5HB提高至134.8HB,提高了 10.6%,抗拉强度由100.3MPa提高至167.4MPa,提高了67%。采用喷粉半固态制浆法处理Al-20%Si高硅铝合金熔体,可使合金组织得到明显的细化,其中向合金熔体中添加粉粒是细化Si相晶粒组织的关键因素,喷粉棒的搅拌作用能协同细化合金组织。压力加工提高合金的结晶温度,从而提高了合金的过冷度和冷却速率,对合金中共晶Si相有明显的细化作用。