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颗粒增强铝基复合材料由于其具有重量轻、较高的比强度和比刚度、热稳定性好、耐磨性能好、低的热膨胀系数和高的耐热性等,广泛应用于航空、能源、机床、先进武器及汽车等方面。目前制备颗粒增强铝基复合材料的工艺大致分为两种,一种是强制加入法,另一种是原位反应法。相较于强制加入法,通过原位反应制备的增强体颗粒细小、热稳定性强、与基体结合良好。同时搅拌的引入有效的细化晶粒,均匀组织,大大增强了所制备的原位复合材料的力学性能。因此搅拌辅助铸造法结合原位反应制备颗粒增强铝基复合材料近几年来备受关注。本文运用机械搅拌和超声振动辅助铸造法结合原位反应技术通过改变相关工艺参数(Fe含量、机械搅拌和超声振动时的温度、机械搅拌和超声振动作用的时间)制备了AlFeSi/Al原位复合材料。利用XRD,EDS,SEM,光学显微镜,XHV-1000数字式显微硬度计、MFT-4000多功能材料表面性能试验仪、电子万能实验机、M2000型磨损试验机,研究了所制备原位复合材料的微观组织,成分和相关力学性能(维氏硬度、耐磨性能、压缩性能、弯曲性能)。得出以下结论:(1)AlFeSi/Al原位复合材料中增强相颗粒的大小、形态和分布与Fe粉含量、施加搅拌的时间和施加搅拌时的温度有关。其中随着Fe含量的增加,β-Al5FeSi增强体的形貌经历了细针状-长条状-粗大的棒状-块状这变化过程,同时外加机械搅拌使得增强体颗粒分布更加均匀;搅拌时温度为750℃时,增强体颗粒在基体合金中的形状、大小和分布最佳,而且数量也最多;然而当搅拌时的温度到了一定的程度时,增强体颗粒已经基本上分散开了,再升高温度对颗粒的形状、大小和分布没有很大的影响;当复合材料在搅拌作用时间为8min时,增强体颗粒在基体合金中的形状、大小和分布最佳,而且数量也最多,此时AlFeSi金属间化合物增强体对原位复合材料的增强作用最为明显。(2)AlFeSi金属间化合物增强体对原位复合材料的增强作用效果明显。其中当Fe粉含量为6%、搅拌温度为750℃、搅拌时间为8min时,所生成的AlFeSi金属间化合物增强体对原位复合材料的增强作用最为明显。维氏硬度最高可以达到111.5HV,约为Al-Si合金的1.5倍;磨损率最低为0.231%,约为Al-Si合金7.4倍,主要以磨粒磨损为主;抗压强度最高可达到548.2MPa,约为Al-Si合金的5.4倍;抗弯强度最高可达到369MPa,约为Al-Si合金的3.5倍。压缩和弯曲的断裂特征都呈脆性断裂。(3)通过对利用两种搅拌工艺制备的原位复合材料的显微组织、力学性能进行对比,得出了超声振动是最佳的制备原位复合材料的工艺。(4)声空化效应、声流效应和热效应等都是高能超声在熔体内的传播所引起的,这些效应的产生有利于AlFeSi金属间化合物增强体的大小、形貌和分布。其中声空化效应产生的空化泡在崩溃瞬间能产生的高温在1×103K~1×104K范围内,压强可达105MPa(约106个大气压),使得AlFeSi金属间化合物增强Al基复合材料的力学性能得到了极大旳改善。