摘要
活塞作为组成汽车发动机的重要材料，已经发展成为集轻质与高性能于一体的高技术含量的产品。ZL109铝合金作为活塞常用材料之一，其综合性能已经不能满足当前的技术需求。高熵合金作为综合性能优良的新型合金，与传统的陶瓷颗粒增强体相比，高熵合金不仅力学性能优良且与铝合金基体之间具有天然界面润湿性和良好的界面相容性，已经成为铝基复合材料增强体的首先材料之一。因此，选择高熵合金作为增强体，期望对ZL109的综合性能进行改善。 本文采用机械合金化的方法制备AlFeCrCoCu高熵合金作为增强体，通过粉末冶金的方法制备AlFeCrCoCu/ZL109复合材料。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计以及热膨胀仪等仪器对复合材料的物相组成、微观组织、力学性能、热膨胀性能等进行测试，研究了热压温度、复合材料材料的烧结温度以及增强体含量的变化对复合材料的综合性能的影响。结果表明： （1）通过高熵合金的相形成的理论计算以及对实验结果的分析，表明AlFeCrCoCu高熵合金由大量BCC简单晶体结构的固溶体和少量的FCC简单晶体结构的固溶体共同构成。 （2）热压温度和增强体的含量对复合材料的力学性能影响较大，烧结温度在550℃?590℃之间变化对复合材料的力学性能的影响很小。当烧结温度与增强体含量保持不变，热压温度为550℃时，相比于未热压处理的复合材料，其抗拉强度从168.7MPa提高到326.4MPa，提高了93.5%；硬度也从108HV0.01提高到157HV0.01，提高了45.7%。当烧结温度与热压温度保持不变，增强体质量分数为15%时，复合材料的抗拉强度达到最大，相比ZL109基体材料提高了128.7%；增强体质量分数为20%时，复合材料的硬度达到最大，相比基体材料提高了179.9%。 （3）复合材料的热膨胀系数随着热压温度的升高而增大，随着增强体质量分数的增加逐渐下降，高熵合金增强体能有效的降低ZL109铝合金材料的热膨胀系数，烧结温度在550℃?590℃之间变化对复合材料的热膨胀性能的影响很小。 （4）复合材料的耐磨性随着增强体含量的增加先增大后减弱，在相同摩擦实验中，15%AlFeCrCoCu/ZL109复合材料的磨损量少于基体磨损量的1/6，高熵合金能有效的提高铝合金的耐磨性。 （5）热压变形处理不会改变AlFeCrCoCu/ZL109复合材料的相组成及相结构，适当的热压温度，能有效的提高复合材料的组织分布均匀性，消除部分组织缺陷。不同烧结温度下AlFeCrCoCu/ZL109复合材料的相组成基本不变，但随着烧结温度的升高，有少量金属间化合物相Al13Co4新相生成。随着增强体质量分数的增加，增强体在基体中分布的均匀性和方向性逐渐变差，增强体含量过高，会导致颗粒团聚、组织中出现孔洞等缺陷。
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