摘要：为了将压铸工艺与颗粒增强铝基复合材料很好地结合起来,扩大铝基复合材料的应用范围,本文进行了复合材料成型性能测试、复杂件的压铸试验,并研究了压铸件的微观组织、硬度和耐磨性能。
关键词：SiCp/ZL102复合材料；成型性能；复杂压铸件制备
前言：
复合材料是人们根据零、构件的功能要求和工况条件,选择两种或两种以上物理、化学性能不同的材料按一定的方式、比例、分布结合而成的材料。它发挥了各组成材料的优良性能,具有单一材料所无法达到的特殊和综合性能。材料的复合是材料发展的必然途径,目前由于对复合材料的特点和复合效应尚未充分认识,所以尚有很大潜力有待发掘,发展前景十分广阔。铝基复合材料是复合材料中发展最早的一类,占有重要地位。
一、颗粒增强铝基复合材料性能特点
增强颗粒的加入明显地影响材料的力学和物理性能。如20%SiC颗粒增强的铝基复合材料的屈服强度的弹性模量比普通铝合金要提高40%-50%。此外，陶瓷颗粒增强体还明显提高铝合金的高温力学性能，复合材料的使用温度一般比铝合金提高50℃。陶瓷颗粒增强体的加入降低了铝合金的热膨胀系数，降低程度和颗粒的加入量成正比。
颗粒增强铝基复合材料中，颗粒的增强效果主要依赖于其在材料中所占体积百分数、分布均匀程度、颗粒直径以及粒径分布等因素。
二、试验
（1）试验材料。ZL102基体合金，半固态复合法制备的3种SiCp/ZLl 02复合材料（SiCp颗粒体积分数分别为4%,8%,12%）：J1113A卧式冷室压铸机成功制备出的SiCp/ZL102复合材料压铸件。为叙述方便，基体合金记为AO，复合材料分别记为A4,A8,A12，相应的压铸件记为AY4,AY8,AYl2。试验前将材料加工成12 mm ×12 mm × 30 mm形状的试样。
（2）试验方法。复合材料及其压铸件的耐磨性能测试在MM-200磨损试验机上进行，同时完成材料和压铸件摩擦系数的测试。对磨滚轮材料为GCr15钢，热处理条件为840℃水淬+180℃回火（2 h），表面硬度为58-60 HRC，试验选用200 r/min转速。
根据试样所承受负荷、润滑情况的不同，将耐磨试验分为4组:(1)负荷300 N，干摩擦（2）负荷550 N，干摩擦（3）负荷300 N，油润滑（4）负荷550 N，油润滑。油润滑时使用的润滑油为30#液压机油。试验时，用滴油漏斗将润滑油直接滴注在对磨滚轮上进行润滑。为保证试验结果具有良好的重复性和可对比性，每次试验都用新的同一型号的对磨滚轮。
三、结果与讨论
1.试验结果
图1（a）—（d）为所有试样在上述4种磨损条件下的磨损曲线。
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图1 不同试验条件下试样的磨损曲线
由图1可以看出，磨损曲线包括跑合阶段和稳定磨损阶段。4种磨损条件下，随着时间的增加，各试样的磨损体积都增加，并逐渐由跑合阶段进入稳定磨损阶段。各试样进入稳定磨损阶段的时间约为1200s。一方面，基体中加入SiC颗粒后，复合材料及其压铸件的耐磨性能都得到很大的改善。4种磨损条件下，无论是复合材料铸锭还是压铸件，随SiC颗粒体积分数的增加，磨损体积减少；同时稳定磨损阶段的磨损速率降低，在油润滑条件下这一效应更为显著。另一方面，在相同负荷、相同SiC颗粒含量的条件下，压铸件与铸锭相比，前者的磨损体积及稳定磨损速率都分别小于后者，表明对复合材料进行重熔压铸可以进一步改善复合材料的耐磨性能，提高压铸零件的耐磨性能。另外，试验所用负荷越大，磨损体积也越大。
图2（a）—（d）分别为试样在4种磨损条件下的滑动摩擦系数一时间曲线。
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图2试样的滑动摩擦系数一时间曲线
从图2中可以看出，4种条件下，所有试样进入稳定磨损阶段后，随着磨损时间的增加，滑动摩擦系数μ未发生明显变化，表明磨损时间对材料的摩擦系数影响不大；压铸件AY4,AY8,AYl2的摩擦系数低于相应复合材料铸锭及基体合金，表明压铸后，复合材料的摩擦系数有微小降低。磨损条件相同时，SiC颗粒加入后，复合材料的摩擦系数变化不大，甚至各复合材料的摩擦系数曲线相互交错，表明SiC颗粒体积含量变化对复合材料的摩擦系数影响不大；另外，随着负荷的增加，各试样的摩擦系数增大；而在相同的负荷下，干摩擦时的摩擦系数比油润滑时高。
结论：
（1）成功生产了SiC颗粒增强铝基复合材料的压铸件。重熔搅拌工艺对复合材料压铸件的成功制备有重要意义。
（2）SiC颗粒在压铸件中的分布比在铸锭中更为均匀，且呈单颗粒分布。压铸件中SiC颗粒与基体结合处的界面也比铸锭中更为清晰。
（3）复合材料压铸件的硬度及耐磨性比基体合金（ZL102）压铸件高，两类压铸件的硬度及耐磨性均分别高于相应的铸锭。
（4）将压铸工艺应用于颗粒增强铝基复合材料，能够有效地扩大这种复合材料的应用范围，有广阔的前景。
参考文献:
[1]王宏坤，黄洁雯，吴锵.SiCp/ZL102复合材料的半固态流动变形性能[J].中国有色金属学报，2017.12（4）:774-778.
[2]崔岩.碳化硅颗粒增强铝基复合材料的航空航天应用[J].材料工程，2018（6）:3-6.