铝硅合金中的ZL109是一种在生产中应用广泛的活塞合金。ZL109合金的主要问题在于其高温强度已经渐渐难以满足发动机对于活塞合金越来越高的性能要求。铝基复合材料作为一种优良的活塞材料现在已经应用于发动机制造当中,它具有高强度、高模量、高耐磨性和工艺性能好等优点。在各种复合材料制备技术当中,自生反应技术由于其方法简单、成本低廉、适应性好等特点而具有特别的吸引力。制备Al2O3颗粒增强铝基复合材料中常用的反应添加物有CuO、ZnO、MnO₂、Ti02等氧化物,而用Fe2O3作为反应添加物的报道却比较少见。有研究表明,Fe可以有效地提高铝硅合金的高温抗拉强度和蠕变强度。本文研究了通过向ZL109熔体中加入CuO和Fe2O3两种金属氧化物的方法来制备Al2O3颗粒增强铝基复合材料。在自生反应中,CuO和Fe2O3与Al反应生成Al2O3和Cu、Fe两种元素。Cu和Fe对基体来说是合金元素,而生成的A1203颗粒则作为增强相来提高基体的强度。本文通过热力学计算和DSC、XRD、SEM分析等方式对CuO/Al和Fe₂O₃/Al这两个反应系统进行了可能性分析。结果表明CuO/Al和Fe2O₃/Al两个反应系统在ZL109的熔炼温度下确实能够发生反应生成Al2O3,并且反应物中各组分的质量比是影响自生反应效果的关键因素。当两个反应系统中组元的质量比为mAl:m_CuO=1:1和m_AI:m_Fe2O3=1:1.3时,反应会在比较适当的程度下进行,不会出现反应程度过于剧烈或者反应无法进行等现象。试验结果还验证了向反应物中加入1%质量分数的Mg粉可以大大缩短反应的诱导时间,提高操作效率。本文对制备的复合材料的微观组织和力学性能进行了测试和分析。相对放大倍数较低的光学金相显微镜照片表明,复合材料由Al基体、块状初晶Si、灰色枝权状共晶Si,黑色枝叉状Mg2Si等相组成,新生成的Al2O3颗粒由于尺寸很小而难以被观察到。为了观察新生Al2O3相,对复合材料进行了相对放大倍数较大的SEM和TEM分析。结果表明,在Al基体上发现了Al2O3颗粒,其尺寸大约在0.1μm至1μm的之间。在铝硅合金中Fe一般是作为杂质来处理的,粗大的针状Fe相会割裂基体,降低合金的室温力学性能,但是另一方面会提高其高温性能。本试验通过向反应物中加入MnO2来提高合金中Mn的含量,以减少粗大针状Fe相的含量并提高复合材料的高温性能。本试验所制备的复合材料,其室温抗拉强度提高的不明显,而高温强度则有较大的提高。3008℃抗拉强度可以达到146.07MPa,比ZL109提高了21.23 MPa。复合材料中的Al2O3颗粒是硬质陶瓷相,使材料的硬度略有提高。