Al-Si合金因其優(yōu)良的鑄造和機(jī)械性能被廣泛用于汽車零部件輕量化制造領(lǐng)域。Al-Si體系中Si的含量超過12%，被稱為過共晶Al-Si合金，表現(xiàn)出優(yōu)異的耐磨性、熱膨脹系數(shù)低，耐熱性好等特點(diǎn)。在常規(guī)鑄造條件下，過共晶Al-Si合金的凝固溫度范圍隨著Si含量的增加而增加。在鑄件中通常會觀察到縮孔和其他缺陷。同時(shí)，粗大的初生硅顆粒以八面體晶體或雙平面對稱的形式生長。由于不同方向的生長速度不匹配，在初生Si顆粒中會形成“漏斗狀空洞”和裂紋等缺陷。因此，傳統(tǒng)過共晶Al-Si合金中粗大的初生Si相和共晶Si相在使用過程中容易斷裂，不利于其力學(xué)性能。

在此，來自昆明理工大學(xué)李璐教授課題組開發(fā)了一種在原位TiB2顆粒的作用下增強(qiáng)半固態(tài)流變過共晶Al-Si合金的強(qiáng)度和延展性的方法，該方法在很大程度上提高了過共晶Al-Si合金的強(qiáng)度和延展性。相關(guān)論文以題目為“Enhanced combination of strength and ductility in the semi-solid rheocast hypereutectic Al–Si alloy with the effect of in-situ TiB2 particles”發(fā)表在Materials Characterization上。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.matchar.2021.111143

圖1 半固態(tài)擠壓鑄造Al-17Si合金和6TiB2/Al-17Si復(fù)合材料的EBSD：(a)Al-17Si合金的IPF；(b)6TiB2/Al-17Si復(fù)合材料的IPF；(c)Al-17Si合金的晶粒尺寸分布；(d)6TiB2/Al-17Si復(fù)合材料的晶粒尺寸分布。

圖2 EBSD圖顯示了半固態(tài)擠壓鑄造Al-17Si合金和6TiB2/Al-17Si復(fù)合材料的晶界

圖3 TiB2/Al界面TEM測試與表征

Fig.4 TiB2/Si界面TEM測試與表征

圖5(a-c)Al-17Si合金和(d-e)6TiB2/Al-17Si復(fù)合材料的斷裂機(jī)理模型。

綜上所述，本研究旨在解決與普通工業(yè)過共晶鋁合金相關(guān)的低強(qiáng)度和高脆性問題。我們在此研究中，添加TiB2顆粒(TiB2p)不僅提高了流變鑄型過共晶Al-17Si合金的強(qiáng)度，而且對其延展性產(chǎn)生了積極影響。隨著TiB2p的含量達(dá)到6 wt%，復(fù)合材料的強(qiáng)度和延展性分別提高了63.4%和62%（本研究中UTS=283.3 MPa，EL=1.62%）。EBSD結(jié)果表明，低角度和高角度晶界的密度隨著TiB2p含量的增加而增加。TiB2p/Si和TiB2p/Al的界面通過TEM、HRTEM和原子結(jié)構(gòu)模型模擬進(jìn)行了研究。開發(fā)了一個(gè)解決位錯(cuò)倍增、裂紋萌生和擴(kuò)展的模型，以詳細(xì)闡述TiB2p/Al-17Si復(fù)合材料的強(qiáng)度-延展性協(xié)同機(jī)制。重點(diǎn)談?wù)摿藢?qiáng)化機(jī)制的理解以及不同機(jī)制對實(shí)驗(yàn)材料機(jī)械性能的貢獻(xiàn)。

項(xiàng)目得到國家自然科學(xué)基金（52065032）、云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究（202101AT070123）以及金屬先進(jìn)凝固成形及裝備技術(shù)國家地方聯(lián)合技術(shù)中心的支持。