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亚共晶和共晶铝硅合金强流脉冲电子束表面改性研究

作　者: 江飞
导　师: 涂赣峰
学　校: 东北大学
专　业: 化学工程
关键词: 铝硅合金 强流脉冲电子束 硬度 耐磨性
分类号: TG178
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 4次
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内容摘要


亚共晶和共晶铝硅合金作为重要的铸造合金,由于具有热膨胀系数低、密度小、比强度高、耐磨性和耐蚀性好等优良特性,被广泛应用于汽车制造及航空航天等领域。但在传统铸造条件下,亚共晶和共晶铝硅合金组织中普遍存在的针状共晶硅恶化了合金的性能,从而限制了其工业应用范围。强流脉冲电子束是近年来得到迅速发展的一种新型表面改性技术,通过电子束照射材料表面,材料表面发生快速熔化和快速凝固的现象,达到常规表面处理方法所无法实现的特殊改性效果。本文首次采用强流脉冲电子束对铸造铝硅合金(Al-10Si和A1-12.6Si)进行表面改性处理,以细化针状共晶硅为主要目的,深入研究脉冲电子束作用下合金表面微观组织的变化,及不同脉冲次数处理对合金表面硬度和耐磨性的影响。Al-lOSi和Al-12.6Si合金经强流脉冲电子束处理后实现表面快速熔凝,共晶硅溶入铝基体(a-Al)中形成过饱和固溶体,表现为针状共晶硅消失；表面出现纯铝颗粒；高脉冲次数处理下合金表面反复熔化现象明显,“熔坑”形貌消失,表层组织结构更加致密。Al-10Si和Al-12.6Si合金截面组织分析结果表明重熔层厚度随着脉冲次数逐渐增加,重熔层变厚。XRD结果指出改性后合金表层晶粒得到细化,Al晶格常数减小,晶格发生畸变。强流脉冲电子束处理前后对合金表面宏观硬度进行了测试。结果表明合金经电子束处理后,Al-10Si和Al-12.6Si合金表面硬度都随脉冲次数的增加明显增大；Al-lOSi硬度数值由处理前的1454MPa增加到35次处理的1752MPa,合金表面硬度提高了20%；Al-12.6Si硬度数值由处理前的1554MPa增加到1804MPa,合金表面硬度提高了16%,两种合金经过35次脉冲处理结束后,合金表面的硬度值最大。经过电子束处理后,两种合金的耐磨性与原始样品相比均有所提高,而且随着脉冲次数的增加耐磨性出现增大的趋势。Al-12.6Si合金经5次、15次和25次脉冲处理后磨损量依次下降22%,44%,77%,其中表明25次脉冲下合金耐磨性最好。Al-10Si合金摩擦系数分析结果表明经电子束改性处理后合金摩擦系数与原始样品相比均减小,25次脉冲下摩擦系数最小,同样表现出最好的耐磨性。由此可见,强流脉冲电子束表面改性技术可以直接、有效地改变或改善亚共晶和共晶铝硅合金的表层组织结构和性能,使合金具有更广泛的应用前景。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章 绪论  11-24
  1.1 引言  11-12
  1.2 亚共晶和共晶铝硅合金的组织  12-13
    1.2.1 共晶硅的形态  12
    1.2.2 铝硅固溶体  12-13
    1.2.3 初生硅的形态  13
  1.3 亚共晶和共晶铝硅合金的变质处理  13-18
    1.3.1 钠变质处理  14-15
    1.3.2 锑变质处理  15
    1.3.3 锶变质处理  15-16
    1.3.4 稀土元素变质处理  16-17
    1.3.5 其它变质剂变质处理  17-18
  1.4 一种新的表面处理技术—强流脉冲电子束(HCPEB)  18-19
    1.4.1 与连续型电子束比较  18
    1.4.2 与其他粒子束比较  18
    1.4.3 与传统工艺比较  18-19
  1.5 强流脉冲电子束研究现状  19-21
  1.6 强流脉冲电子束与材料表面作用机理  21-23
    1.6.1 电子束与固体的相互作用  21-22
    1.6.2 电子束能量在作用区的分配  22-23
  1.7 选题的依据及意义  23-24
第2章 合金熔炼与实验方法  24-33
  2.1 实验材料和设备  24-26
    2.1.1 实验材料  24
    2.1.2 实验设备  24-26
  2.2 实验过程  26-28
    2.2.1 实验流程图  26
    2.2.2 合金的熔炼  26-27
    2.2.3 样品预处理  27
    2.2.4 样品表面处理  27-28
  2.3 测试方法  28-33
    2.3.1 微观组织分析方法  28-30
      2.3.1.1 扫描电镜分析  28-29
      2.3.1.2 X射线衍射分析  29
      2.3.1.3 透射电镜分析  29-30
    2.3.2 性能测试  30-33
      2.3.2.1 硬度测试  30-31
      2.3.2.2 摩擦磨损测试  31-33
第3章 强流脉冲电子束表面改性微观组织分析  33-52
  3.1 引言  33-34
  3.2 强流脉冲电子束表面处理对Al-10Si合金微观组织影响  34-43
    3.2.1 原始组织表面形貌分析  34-35
    3.2.2 改性后组织形貌分析  35-39
    3.2.3 改性后截面组织分析  39-40
    3.2.4 XRD分析  40-41
    3.2.5 TEM分析  41-43
  3.3 强流脉冲电子束表面处理对Al-12.6Si合金微观组织影响  43-50
    3.3.1 原始组织表面形貌分析  43-44
    3.3.2 改性后组织形貌分析  44-46
    3.3.3 改性后截面组织分析  46-47
    3.3.4 XRD分析  47-48
    3.3.5 TEM分析  48-50
  3.4 本章小结  50-52
第4章 亚共晶和共晶铝硅合金的性能测试  52-65
  4.1 引言  52
  4.2 合金的硬度测试及分析  52-56
  4.3 摩擦磨损分析  56-60
    4.3.1 磨损量变化  57-58
    4.3.2 摩擦系数分析  58-60
  4.4 磨损机理  60-63
  4.5 本章小结  63-65
第5章 结论与展望  65-67
  5.1 结论  65-66
  5.2 展望  66-67
参考文献  67-72
致谢  72-73
攻读硕士学位期间发表的论文  73

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属腐蚀与保护、金属表面处理 > 各种金属及合金的腐蚀、防腐与表面处理
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