过共晶铝硅合金中硅相细化的研究进展

过共晶铝硅合金因其耐磨性能良好而受到关注,但组织中含有粗大的初晶硅和针状的共晶硅,限制了其进一步广泛使用。本文综述了当前过共晶铝硅合金中硅相细化的一些方法,如合金化、变质处理和改进制备工艺等。其中重点介绍了合金化对过共晶铝硅合金中组织的作用;然后对各种变质剂的细化效果进行了对比分析;并讨论了改进制备工艺对硅相尺寸和形貌的影响;最后指出未来的研究方向应集中开发出适用于广泛使用的新型复合变质剂,并通过变质和改进制备工艺相结合,获得性能更加优异的过共晶铝硅合金。

铝硅合金硅相演变及其对力学性能的影响

用SEM观察Al Si合金中富硅相在固溶过程中形貌的演变。结果表明 :固溶初期 ,硅相发生缩颈、钝化、溶断并伴随长大 ;随后硅相的长大是受扩散控制的粗化过程 ,且符合LSW粗化模型 ;固溶后期 ,硅相形貌恶化并出现棱角小面和搭接特征。通过定量金相测量及回归分析 ,硅相的形态对合金的力学性能影响显著。

不同成分铝硅合金熔体混合对初生硅相细化的研究

研究了高温过共晶Al Si合金熔体和低温亚共晶Al Si合金熔体混合后对微观组织的影响。结果表明 :熔体混合并迅速搅拌后的初晶硅大大细化 ,在 2min内浇注 ,可以获得分布均匀且尺寸小于 2 5 μm的初晶硅 ;随着熔体保持时间的延长 ,初晶硅的尺寸有增大的趋势。探讨了对硅相的细化机理。

热处理对铸造AlSiCuMg合金硅相形貌及力学性能的影响

通过对共晶硅相立体形貌的观察和定量金相学参数的测定,发现固溶处理过程中共晶硅相形貌的变化及其对合金力学性能的影响可划分为三个阶段:固溶初期硅相的熔断和钝化,使合金的塑性得到显著的提高;固溶中期以粒化为主,同时由于合金元素的充分固溶引起时效强化,合金的力学性能达到了峰值;固溶后期,硅相的粗化符合LSW粗化模型,硅相形貌呈现棱角小面特性,合金性能降低。同时,人工时效显微组织的TEM观察发现,合金峰时效时有过剩的硅质点析出,而且随着时效时间的延长,硅质点的长大很快,加速了合金的过时效。

Sip／Al复合材料中的界面和硅相形貌的演变

采用金相显微镜、透射电子显微镜和高分辨电镜等手段,研究不同高温真空热处理工艺条件下,高体积分数Sip/Al复合材料(φ(Si)=65%)中硅铝界面特征与硅相形貌的演变过程。结果表明:热处理过程中硅相形貌演变为尖角钝化的颗粒状、球化的孤岛颗粒状和三维网络结构状。基于扩散理论将硅相形貌的演变分为3个阶段:不规则形状硅颗粒的尖角逐渐溶解到铝合金中,发生颗粒的钝化现象;较小硅颗粒周围逐渐溶解在铝合金中的硅在浓度梯度的作用下,通过扩散逐渐在较大硅颗粒周围析出并长大;长大的硅颗粒互相接触联结,形成网状结构。铸态Sip/Al复合材料中Si-Al界面平直,干净,无析出物,同时存在大量位错;高温热处理后的Si-Al界面变得圆滑,界面附近有细小的硅相析出物存在,几乎不存在位错。

亚共晶铝硅铜镁铸造合金共晶硅相在固溶处理过程中形貌变化的定量金相分析

研究表明：该合金在固溶处理过程中硅相形貌变化可用硅相颗粒的平均面积、面积相当直径、面积率、长度比、平均周长、单位面积硅相颗粒数及硅相颗粒尺寸分布图等定量金相学参数来描述，据此可评价固溶处理效果；固溶处理时硅相颗粒的粗化过程符合ＬＳＷ（Ｌｉｆｓｈｉｚ－Ｓｌｙｏｚｏｖ－Ｗａｇｎｅｒ）粗化模型。

硅相锌基复合材料减摩抗磨性能的研究

为了改善锌铝合金在干摩擦条件下的耐磨性能，拓宽它的工程应用范围，在其中添加质量分数为１０％的Ｓｉ，同时以质量分数０．１％～０．３％的Ｐ－Ｃｕ对硅相进行变质处理，研制出硅相增强锌基复合材料，并且对这种材料的减摩抗磨性能进行了试验研究．结果表明：硅相锌基复合材料分别在干摩擦和２０＃机械油滴油润滑条件下的减摩抗磨性能良好．扫描电子显微镜观察发现，硅相锌基复合材料中的硅相经变质处理得以细化和分布均匀化，这对改善锌铝合金的综合性能具有重要作用；由于硅相的硬度远比基体的高，在滑动摩擦过程中可以起支撑作用。

电磁离心铸造Al-20Si过共晶合金中硅相组织演变规律

采用电磁离心铸造的方法制备了Al-20Si(质量分数,下同)过共晶合金空心管坯,研究了电磁场对合金凝固组织及硅相形貌的影响。结果表明,随磁场强度增加铸坯外侧硅相聚集层厚度不断减小;与传统离心铸造的铝硅过共晶合金微观组织相比,施加电磁场后凝固组织中初晶硅相得到细化,外侧硅相形貌逐渐由典型的五瓣星形成为沿热流方向生长的初晶硅枝晶,内侧硅相受到电磁搅拌作用发生合并凝聚和钝化;初晶硅相尺寸及形状因子随磁场强度增加在不断减小。电磁搅拌破坏了硅相呈放射状排列的结构,共晶硅分布杂乱,且共晶团共晶片层间距逐渐增加。

硅相对铜在Al-Si-Cu合金中扩散速度影响的研究

测定了铜在单相α合金（Al-1．5wt％Cu-0．4wt％Si）和α＋Si两相合金（Al-1．5wt％Cu．12．5wt％Si）中的扩散系数。单相α合金扩散偶（Al-3．0wt％Cu-0．4wt％Si／Al-0．4wt％Si）和α＋si两相合金扩散偶（Al-3．0wt％Cu．12．5wt％Si／Al-12．5wt％Si）在450—540℃条件下保温72—144h后，用电子探针测定铜原子的浓度分布，并由此计算铜原子在这两种基体中的扩散系数。测定结果表明，硅相的存在能够显著提高铜在该合金中的扩散速度，提高的幅度取决于硅相的体积分数和形貌。

铸造铝硅合金中硅相变质机制的电子理论研究

通过计算机编程构造出了Al Si铸造合金中Si(金刚石结构 )相 ( 111)表面及稀土导致的 ( 111)孪晶表面的原子结构模型 ,利用连分数方法计算了稀土处于表面及孪晶表面这两种位置时的电子结构。稀土原子处于孪晶表面时的结构能明显比处于Si( 111)表面大 ,说明稀土原子容易占据孪晶表面的位置 ;稀土原子处于孪晶界时的环境敏感镶嵌能比处于表面小 ,说明稀土处于孪晶表面时比较稳定 ,同时原子间的键级积分计算也表明稀土能够占据孪晶表面的位置且在此处较稳定。这就从电子层次解释了稀土导致孪晶的事实 ,阐明了稀土在Al

球团硅相增强ZA35合金基复合材料及其耐磨性

为了提高锌铝合金在干摩擦条件下的耐磨性以进一步拓宽其应用范围，在ＺＡ３５合金中加入２．５％～５．５％Ｓｉ，并用自制钠盐变质剂对含硅合金进行处理，制得变质硅相增强ＺＡ３５合金基复合材料。经显微观察发现，这种含硅合金中的初生硅相在钠作用下可由块状变成球团状，在球团硅相的表面辐射分布有杆状硅相。将球团硅相从合金中分离出后对其外貌进行的电镜观察和对合金中的球团硅深腐蚀得到的年轮结构分析表明，球团硅是一个多面多晶体，共晶硅在垂直于多面体的某些小晶面杆状生长。对球团硅增强的ＺＡ３５合金进行摩擦试验，发现这种合金中的初生硅由于有辐射杆状硅的作用在干摩擦时不易脱落。和ＺＡ３５合金以及含块硅的ＺＡ３５合金相比，这种锌基复合材料具有更高的耐磨性。

硅相增强锌基复合材料的微观组织研究

提出了一种流变混熔复合新方法，并用此方法制备了硅相增强锌基复合材料。利用透射电镜（ＴＥＭ）观察了该复合材料微结构，发现：硅相本身的精细结构中存在大量的缺陷，硅相与基体以及基体晶粒之间的界面处有η相析出，其中粗大的η析出相是离异共晶组织。

增强体对铝硅合金复合材料中硅相形貌的影响

采用挤压铸造法制备Ａｌ２Ｏ３／Ａｌ－Ｓｉ合金复合材料。文章研究了增强体对铝硅合金中硅相形貌的影响。结果表明，氧化铝短纤维和硅相之间存在共格界面。此纤维可为硅相的非自发形核提供适宜的结晶衬底。复合材料中的初生硅可在短纤维表面形核并生长为颗粒状。复合材料中的纤维在Ａｌ－Ｓｉ共晶体的共生生长过程中，可触发硅相中的孪晶，导致纤维附近的共晶硅呈变质形态。

锌基硅相增强的复合材料界面特征

采用流变混熔复合新方法，制备了硅相增强的锌基复合材料．利用透射电镜（ＴＥＭ）及能谱研究了该复合材料界面微结构及其特征．发现硅相本身的精细结构中存在大量的缺陷，硅相与基体以及基体晶粒之间的界面处有富锌的η相析出，并就η相形成进行了分析．

具有初生硅相的亚共晶铝硅合金的微观组织

无论是亚共晶或共晶铝硅合金中针状共晶硅还是过共晶铝硅合金中的粗大块状初生硅都严重割裂了基体，降低了铝硅合金的强韧性。为此，铝硅合金通常要变质处理来改善硅相的形态，使过共晶铝硅合金中的初生硅相和共晶硅相或共晶与亚共晶铝硅合金中的共晶硅相细化成粒状或短棒...

CDS及导流器对Al-20%Si合金初生硅相的影响

采用受控扩散凝固(CDS)技术和冷却导流器(CC)制备Al-20%Si(质量分数)合金,研究导流器角度及浇注温度对CDS制备Al-20%Si合金初生硅相的影响。结果表明:CDS和导流器均能细化初生硅相,且与常规的CDS过程相比,引入导流器可以更好地细化初生硅相,且随着导流器角度的减小,细化效果变好。采用820℃的Al-30%Si与660℃的纯铝混合,导流器角度为30°,浇注温度为630℃时,可以得到平均尺寸仅为18.8μm的初生硅相,且其分布均匀。分析认为:CDS可以减小初生硅相生长前沿的成分过冷,而导流器可以进一步促进液体的强迫对流,使熔体中温度场和浓度场更均匀,从而改善初生硅的尺寸、形貌及其分布。

过共晶Al－23％Si合金中硅相生长的研究

从过共晶Ａｌ－２３％Ｓｉ合金的液态结构出发，研究硅晶体的成核和变质机理。借助于扫描电镜、电子探针和Ｘ衍射，从结晶学角度，分析硅相生长形貌及机理。

铝硅基复合材料中硅相形貌研究

在金相显微镜和扫描电子显微镜上观察和研究了氧化铝／铝硅合金复合材料中的硅相形貌。结果表明氧化铝纤维与硅相之间存在共格界面，可作为硅相非自发形核的衬底；复合材料中的初生硅可在纤维表面形核生长为颗粒状；复合材料中的纤维在铝硅共晶体的共生生长过程中，可触发孪晶，导致纤维附近的共晶硅呈变质形态。

新型团球硅相增强锌铝合金的研究

选择多种成分的锌铝合金，以硅为增强相，扩大硅的成分范围，采用复合钠盐和稀土混合物对合金中的硅进行变质处理，测定试验合金的力学性能和常温、高温耐磨性，优选综合力学性能较好的试样，进行离心铸造、轴瓦抱轴和高温磨损测试，观察其显微组织。结果表明，锌铝合金中加入硅相后，其综合力学性能进一步提高，采用钠盐和稀土混合变质，两者的变质作用互相促进。根据离心铸造测试结果，建议转速在500600r／min之间为好，硅相的浓度分布是从铸件外层到内壁逐渐增大，优选合金的使用温度比ZA27合金明显提高，这归功于硅相的骨架作用。