颗粒增强铝基复合材料作为一种结构性复合材料,它具有轻质高强的特性,主要应用在航空航天、兵工武器、电子元件以及交通运输等领域。目前其主要的制备方法包含有搅拌铸造法、粉末冶金法、原位反应法、喷射共沉积和挤压铸造等。本文在搅拌铸造基础上,研发了转喷微注设备,采用转喷微注法制备了高质量的颗粒增强铝基复合材料。实验以7075铝合金作为金属基体,Al2O3颗粒作为增强体,结合数值模拟技术分析了Al2O3p/Al(7075)复合材料制备过程中的增强相的运动和分布情况,研究不同转喷微注工艺参数下Al2O3p/A1(7075)复合材料的组织变化情况,确定最佳转喷微注工艺参数。研究了在此转喷微注工艺参数下不同含量及形式的Al2O3增强相对Al2O3p/A1(7075)复合材料的组织和力学性能的影响,并对复合材料的增强机制及磨损性能进行了研究。具体内容如下:首次提出了转喷微注法制备复合材料的新工艺,主要思想是将增强相颗粒连续微量的喷射入铝熔体的内部,与此同时通过搅拌使颗粒均匀分布在熔体中。基于此目的制作了转喷微注设备,主要由加热系统、搅拌系统、喷吹系统及搅拌室组成,实现了铝基复合材料的快速制备,并申请了发明专利。该装置结构简单紧凑,操作方便,便于清理。在Al2O3p/Al(7075)复合材料的制备过程中,转喷微注温度、时间、增强相的注入类型与注入量均可做到精确控制,此外Al2O3增强相及熔融态7075基体合金均处在氩气保护的状态下,进一步减少了氧化,能够保证复合熔体的质量。通过数值模拟和实验验证相结合的方法,探索在转喷微注工艺作用下制备Al2O3p/A1(7075)复合材料的最佳工艺参数。研究表明:搅拌叶片以三斜叶桨的形式,距谢埚底部20mm处,熔体温度为700°C,搅拌速度为300r/min,搅拌最短时间为颗粒喷射完成60s,团聚颗粒在熔体中的分布已经达到理想分散状态。采用转喷微注法制备了不同含量的纳米(0.5wt.%,1.Owt.%,1.5wt.%和2.0wt.%)和亚微米(2wt.%,4wt.%,6wt.%和 8wt.%)Al2O3 增强 Al2O3p/Al(7075)复合材料,结果表明:当纳米和亚微米Al2O3的含量分别为1.5wt.%和4wt.%时,Al2O3p/A1(7075)复合材料的微观组织最佳,这是因为无论纳米和亚微米A12O3颗粒都能在复合材料的凝固过程中起到异质形核和阻止晶粒长大的作用,但转喷微注过程中都有其含量界限,超过界限后未能形成有效增强的作用,反而以杂质的形式出现在组织中。经力学性能测试最佳含量时复合材料的拉伸强度较基体分别提高了 29%和20%,硬度提高了 47%和48%。采用转喷微注法制备出了纳米/亚微米双尺寸混杂Al2O3p增强7075铝基复合材料。研究表明,亚微米颗粒再复合材料中主要起到细晶强化、载荷传递作用;而纳米颗粒不仅能起到细晶强化、载荷传递作用,还存在Orowan强化作用。纳米/亚微米双尺寸混杂Al2O3p/7075复合材料的强化机制同时兼有亚微米和纳米颗粒为Orowan强化、细晶强化和载荷传递强化,其中Orowan强化起主导作用。摩擦磨损试验表明,7075基体合金与Al2O3p/A1(7075)复合材料主要以粘着磨损、磨粒磨损和轻度氧化磨损的方式存在。摩擦磨损过程中Al2O3p/Al(7075)复合材料的摩擦表面形成均匀牢固的转移膜,转移膜的出现使复合材料具有较稳定的摩擦因数,并降低材料直接接触磨损,磨损过程中转移膜的剥离和次表层裂纹的产生扩展,最终形成磨屑由材料表层剥落。由于转移膜的出现,复合材料中增强体的切削作用减弱,有利于提高材料的磨损性能。