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碳化硅颗粒粒度对搅拌铸造铝基复合材料

力学性能和电性能的影响

A. O. Inegbenebor· C. A. Bolu· P. O. Babalola· A. I. Inegbenebor·

O. S. I. Fayomi

摘要

研究了碳化硅颗粒粒度对搅拌铸造铝基复合材料力学性能和电性能的影响。一二步搅拌法搅拌铸造技术（在500转）已通过。1170型铝（99.66%镀铬）和碳化硅（SiC）240粒度的颗粒（45mu;m），320粒度（29mu;m），600粒度（9mu;m）和1200粒度（3mu;m）进行。掺入的重量分数的SiC范围从2.5%，5%，7.5%和10%。所产生的复合材料的微观结构进行了检查，使用扫描型电子显微镜。使用通用测试机30千牛负载的机械性能进行了测定。硬度是通过使用LECO 700 HT试验载荷为492.3，停留时间10秒对复合材料试件进行。使用吉时利仪器模型2400探针机测定的电性能。结果表明，复合材料的弹性模量、屈服强度和硬度随3微米碳化硅晶粒尺寸的增加而增大。得到了 26.1 越南航空公司的最大硬度及最大模弹性的 1517.6 N/mm^minus;2。

在7.5%重量分数的SiC。所产生的合金的机械和电气性能的提高获得通过改变碳化硅的粒度。

关键词

碳化硅 增强 粒度 电性能 微结构 搅拌铸造

1、引言

新材料的不断进步，以满足新兴技术的应用趋势的挑战，导致了新的工程过程的发展。这些新的工程过程催生了一类新的先进的和创新的材料，这是能够提供卓越和可靠的性能，寻求工程设备[ 1 ]。近年来，复合材料已被用于结构和非结构的应用在航空和运输行业，由于其增强的机械和热物理性能[ 2 ]。

金属基复合材料（MMC）是一类先进的材料，是金属和硬质颗粒，通常是陶瓷的组合。本产品可广泛应用。MMC具有优于基体金属的性能。这些性能包括改进的热导率，耐磨性，摩擦学，抗蠕变性，尺寸稳定性，以及非常好的刚度，重量和强度重量比。像所有的复合材料，铝基复合材料不是一个单一的材料，而是一个家庭的材料，其刚度，强度，密度，热和电气性能可以定制[ 3 ]。此外，金属基复合材料（MMC）具有改进的摩擦学性能的发展一直是材料科学和技术领域的主要要求之一[ 4 ]。低成本的高强度和低摩擦模量和优异的耐磨损性为低成本生产铺平了道路，为商业生产和开发的颗粒复合材料[ 5 ]。

颗粒增强金属基复合材料的许多加工技术已被开发。这些技术包括搅拌铸造，液态金属渗透，挤压铸造，喷雾分解和粉末冶金[ I，6 ]。在这些技术中，搅拌铸造用于商业生产的大量[ 2 ]。它是有吸引力的，因为它的简单性和灵活性，是最经济的大尺寸组件[ 6 ]。此外，它可以用于生产复杂的异形复合部件，而不损害加固颗粒[ 7 ]。

减少的颗粒的尺寸的纳米级显着地增加了这些复合材料的机械强度，即使在低颗粒体积分数[ 8，9 ]。虽然它们具有理想的机械性能，纤维增强复合材料表现出各向异性的行为，不容易产生的常规技术。而复合材料颗粒增强提供性能更各向同性的适度的增强可以通过常规途径[ 10 ] 9处理。铝碳化硅的热导率（170-200w / MK）是IC设备[ 11–13最大热耗散兼容]。所获得的材料密度低，使得它非常适合重量敏感的应用，如便携式设备。粒度，withdiameterof100a0至2500 A0阻碍位错运动，产生明显的强化作用。这种强化效果可以调查。因此，这项工作的主要目的是研究碳化硅粒度对机械和电气性能的影响。这是通过搅拌铸造过程中均匀分布的SiC颗粒在铝合金基体。

2、实验细节

商业铸造级铝合金、1170铝（99.66%厘泊）被用于这项工作。该铝的化学成分见表1。

碳化硅（SiC），240粒颗粒，（45mu;m），320粒，（29mu;m），600粒（9mu;m）和1200粒（3mu;M）在2.5，5，7.5和10%用重量分。一批5公斤1170铝熔化在750◦C二零五分钟在一个倾斜的石墨坩埚炉设计这项工作采用油作为射击中。熔化的金属被倒入模具预热到450◦C和熔体搅拌与搅拌器形成良好的涡流的使用。2.5体积%的SiC粒子预热温度1100◦C 2小时氧化表面加入涡旋机械搅拌500转按abbassipour等人。[ 14 ]约5分钟。实际混合发生时，浆料是半固体形式。当液体合金冷却至约30至40%的固体形成时，在凝固过程中，固-液混合物被强烈地搅动以分解枝晶结构。由此产生的固-液浆具有触变行为-泥浆表现为固体时，没有施加压力，但流动的液体时施加压力。因此，作为颗粒材料被引入到熔融金属在冷却和搅拌过程中产生均匀的分散体。这个过程重复的粒度3mu;m，9mu;m，29mu;m和45mu;m的上述各种体积分数重量百分比表示，同时保持所有其他参数恒定。

机械和电气性能，进一步分析了铸造试样。用万能试验机的 30 KN 负荷测定的力学性能。采用 700AT LECO 显微硬度计 492.3N 负载与停留时间为 10 秒进行硬度测量。在测试之前，试样表面经到 1000年网使用砂纸磨光处理。对每个样本进行至少 6 测量而平均被作为硬度值。电气性能测定使用吉时利 2400年模型 4 点探管机。进行了微观结构表征研究使用扫描电子显微镜 (SEM)。

3、结果与讨论

表2、3、4和5，目前的铝碳化硅复合材料的力学性能和电性能。力学性能值均高于贱金属铝。然而，电性能值略低于贱金属。

结果如图1所示，2和3，示出的硬度，弹性模量和弹性的增加趋势，

Table 1 Composition of aluminum base metal

Table 2 The mechanical and electrical properties of AlSiC composite as a function of the grit sizes of silicon carbide particles at 2.5 % volume fraction weight

Table 3 The mechanical and electrical properties of AlSiC composite as a function of the grit sizes of silicon carbide particles at 5 % volume fraction weight

Table 4 The mechanical and electrical properties of AlSiC composite as a function of the grit sizes of silicon carbide particles at 7.5 % volume fraction weight