無(wú)壓浸滲法制備的高體份鋁基復(fù)合材料的硬度分析

吳賽男，張維康，秦 繼，谷慧茹，閆和平

（國(guó)家康復(fù)輔具研究中心，北京 100176）

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和高新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，我們的輪椅車和拐杖等康復(fù)輔具對(duì)材料的性能提出了更高的要求，除了要求材料具有一些特殊的性能外，還需要具有優(yōu)良的綜合性能。傳統(tǒng)的單一材料已不能滿足迅速增長(zhǎng)的性能要求，為了克服單一材料在性能上的局限性，科研工作者開發(fā)了復(fù)合材料[1]。

1 實(shí)驗(yàn)研究?jī)?nèi)容

選用特定成分的Al-Mg-Si系鋁合金作為基體，體積分?jǐn)?shù)為55%的SiCp顆粒為增強(qiáng)體，采用無(wú)壓浸滲法，制備高體份SiCp/Al復(fù)合材料。將該鋁合金及其復(fù)合材料試樣在160℃下時(shí)效處理0h，1h，2h，3h，4h，5h，8h，10h，15h，20h，30h，40h和50h，并使用HT300硬度計(jì)測(cè)量不同時(shí)效時(shí)間下的硬度值，對(duì)比時(shí)效后該鋁合金和SiCp/Al復(fù)合材料硬度的變化；繪制該鋁合金和SiCp/Al復(fù)合材料的時(shí)效硬度曲線，并分析峰時(shí)效現(xiàn)象[2]。

2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

2.1 實(shí)驗(yàn)材料的制備

在大氣氣氛下使鋁液滲入SiC顆粒之間的孔隙中制備SiCp/A1復(fù)合材料。

2.2 實(shí)驗(yàn)熱處理工藝

均勻化處：在1h內(nèi)隨爐升溫至555℃后保溫6h，然后出爐空冷。固溶處理：530℃下固溶1h，然后在室溫下進(jìn)行水淬。時(shí)效處理：將經(jīng)過(guò)固溶處理的試樣在160℃下時(shí)效0h，1h，2h，3h，4h，5h，8h，10h，15h，20h，30h，40h和50h。時(shí)效過(guò)程中將試樣進(jìn)行油浴。

2.3 測(cè)試樣品

對(duì)時(shí)效后的試樣使用TH300硬度計(jì)進(jìn)行硬度測(cè)試，每組試樣在受壓面（上下兩面）上分別取10個(gè)不同的點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，取平均值作為材料的硬度值，以保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[3]。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 硬度值分析

由表1、表2和圖1可知，經(jīng)時(shí)效處理后，SiCp/Al復(fù)合材料硬度有所提高，相比于專用鋁合金硬度平均提高了約32%。

圖1 專用鋁合金與復(fù)合材料160℃時(shí)效硬度曲線

3.2 55%SiCp/Al復(fù)合材料時(shí)效硬度曲線分析

55%SiCp/Al復(fù)合材料時(shí)效硬度曲線如圖2中所示。可以看到，硬度從開始一直呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，30h出現(xiàn)了第一個(gè)硬度峰111.5HRB，之后硬度開始降低。與專用鋁合金時(shí)效硬度曲線相比，發(fā)現(xiàn)55%SiCp/Al復(fù)合材料時(shí)效硬化過(guò)程滯后于基體合金，且硬度峰比較尖銳。

圖2 55%SiCp/Al復(fù)合材料時(shí)效硬度曲線

表1 專用鋁合金時(shí)效硬度表

表2 SiCp/Al復(fù)合材料時(shí)效硬度表

4 結(jié)論

本課題采用無(wú)壓浸滲法制備55%SiCp/Al復(fù)合材料，對(duì)Al-Mg-Si系無(wú)壓浸滲法專用鋁合金和SiCp/Al復(fù)合材料進(jìn)行固溶時(shí)效處理，根據(jù)時(shí)效硬化曲線分析其時(shí)效行為[4,5]，得到以下研究結(jié)果：經(jīng)時(shí)效處理后，SiCp/Al復(fù)合材料硬度有所提高，相比于專用鋁合金硬度平均提高了約32%。SiC顆粒的加入使55%SiCp/Al復(fù)合材料時(shí)效硬化過(guò)程滯后于基體合金，且硬度峰比較尖銳。