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金属层状复合材料既保持了各层金属各自原有的特性,又使其物理、化学、力学性能比单一金属更加优越,而且层状复合材料的生产合理利用了资源。因此,近几十年来,金属层状复合材料因其具有多组元优异的性能,被广泛应用于航天、石油、机械、化工、汽车、造船、建筑、电力、电子等各个领域。金属层状复合材料制备技术,现已有很多,但都存在着各自的不足。面临的最主要的问题是制备技术繁琐复杂,难以实现流程化,一直制约着其大规模投入到工业生产中去。我们提出印刷铸造工艺去制备金属层状复合材料,工艺大致是:采用缝隙式印刷嘴,将不同合金熔体先后打印到承接模具上,以层状叠加的方式制成多层复合板坯。该技术不仅提高了层状复合材料的制备效率,而且设备简单,容易操作,便于实现流程化生产。 本文利用印刷铸造工艺成功制备了 A356/Zn和 ZA27/A356双金属复合板。分别研究合金熔体浇注顺序、A356铝合金浇注温度和承接模具温度等印刷工艺参数对复合板界面组织和力学性能的影响,得出了以下几点结论: (1) 先浇注 A356铝合金后浇注 Zn制备的 Zn/A356双金属复合板,界面存在缝隙等缺陷;而改变浇注顺序后, A356/Zn双金属复合板界面实现了冶金结合,且界面可划分为三个区域:I,II和 III。先浇注 ZA27锌合金后浇注 A356铝合金制备的 A356/ZA27双金属复合板,界面存在缩松、缩孔等缺陷;而改变两种合金的浇注顺序后,ZA27/A356双金属复合板界面实现了冶金结合。 (2) A356铝合金浇注温度由 620℃变为 660℃时,A356/Zn双金属复合板界面区域II由较小的柱状树枝晶或球状晶变为较大的柱状树枝晶,硅颗粒尺寸变小,分布更加弥散。 (3) 模具温度由 50℃变为 200℃时, A356/Zn 双金属复合板界面区域 I和 II中初生α-Al相数量增加,区域I的宽度增加,区域 III共晶组织层片间距变大。模具温度变化对 A356/Zn双金属复合板界面区域宽度的影响要比 A356铝合金浇注温度的改变更明显。 (4) 靠近 A356铝合金一侧的界面区域铝元素浓度较高,初生α-Al相数量最多,靠近纯锌一侧的界面区域锌元素浓度较高,η相数量最多,中间的过渡区域从区域 I一侧到区域 III一侧,铝元素逐渐降低,锌元素浓度逐渐升高,出现了大量的包晶产物β相。A356/Zn双金属复合板界面各区域凝固的先后顺序:I,II,III。 (5) A356/Zn双金属复合板界面区域 I硬度最高,约为 105HV,区域 III硬度最低,约为 63HV,界面区域 II从区域 I一侧到 III一侧,硬度是逐渐降低的;A356 铝合金浇注温度由 620℃变化为 660℃时,区域 II硬度变化趋势由陡变缓;模具温度由 50℃变化为 200℃时,界面区域 II硬度升高;模具温度和浇注温度的变化对界面区域 I和II的硬度没有影响。A356铝合金浇注温度为 620℃,承接模具浇注温度为 50℃时,制备出的 A356/Zn双金属复合板界面的剪切强度最低,约为58MPa左右;A356铝合金浇注温度为 660℃,承接模具浇注温度为 50℃时,制备出的 A356/Zn双金属复合板界面的剪切强度最高,约为 158MPa左右;模具温度为 50℃,A356铝合金的浇注温度分别为 660℃和620℃时,制备出的 A356/Zn双金属复合板界面剪切强度相差不大,在 120~130MPa之间。ZA27/A356双金属复合板界面的显微硬度从 A356一侧到 ZA27一侧是逐渐升高的,界面的剪切强度是122MPa。