無壓浸滲法制備的高體份鋁基復合材料的硬度分析

吳賽男，張維康，秦 繼，谷慧茹，閆和平

（國家康復輔具研究中心，北京 100176）

隨著現代科學技術和高新產業的發展，我們的輪椅車和拐杖等康復輔具對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，還需要具有優良的綜合性能。傳統的單一材料已不能滿足迅速增長的性能要求，為了克服單一材料在性能上的局限性，科研工作者開發了復合材料[1]。

1 實驗研究內容

選用特定成分的Al-Mg-Si系鋁合金作為基體，體積分數為55%的SiCp顆粒為增強體，采用無壓浸滲法，制備高體份SiCp/Al復合材料。將該鋁合金及其復合材料試樣在160℃下時效處理0h，1h，2h，3h，4h，5h，8h，10h，15h，20h，30h，40h和50h，并使用HT300硬度計測量不同時效時間下的硬度值，對比時效后該鋁合金和SiCp/Al復合材料硬度的變化；繪制該鋁合金和SiCp/Al復合材料的時效硬度曲線，并分析峰時效現象[2]。

2 實驗過程

2.1 實驗材料的制備

在大氣氣氛下使鋁液滲入SiC顆粒之間的孔隙中制備SiCp/A1復合材料。

2.2 實驗熱處理工藝

均勻化處：在1h內隨爐升溫至555℃后保溫6h，然后出爐空冷。固溶處理：530℃下固溶1h，然后在室溫下進行水淬。時效處理：將經過固溶處理的試樣在160℃下時效0h，1h，2h，3h，4h，5h，8h，10h，15h，20h，30h，40h和50h。時效過程中將試樣進行油浴。

2.3 測試樣品

對時效后的試樣使用TH300硬度計進行硬度測試，每組試樣在受壓面（上下兩面）上分別取10個不同的點進行測試，取平均值作為材料的硬度值，以保證測量數據的準確性[3]。

3 實驗結果及分析

3.1 硬度值分析

由表1、表2和圖1可知，經時效處理后，SiCp/Al復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 專用鋁合金與復合材料160℃時效硬度曲線

3.2 55%SiCp/Al復合材料時效硬度曲線分析

55%SiCp/Al復合材料時效硬度曲線如圖2中所示。可以看到，硬度從開始一直呈現上升趨勢，30h出現了第一個硬度峰111.5HRB，之后硬度開始降低。與專用鋁合金時效硬度曲線相比，發現55%SiCp/Al復合材料時效硬化過程滯后于基體合金，且硬度峰比較尖銳。

圖2 55%SiCp/Al復合材料時效硬度曲線

表1 專用鋁合金時效硬度表

表2 SiCp/Al復合材料時效硬度表

4 結論

本課題采用無壓浸滲法制備55%SiCp/Al復合材料，對Al-Mg-Si系無壓浸滲法專用鋁合金和SiCp/Al復合材料進行固溶時效處理，根據時效硬化曲線分析其時效行為[4,5]，得到以下研究結果：經時效處理后，SiCp/Al復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復合材料時效硬化過程滯后于基體合金，且硬度峰比較尖銳。