预热增强颗粒至 220°C 的主要目的是净化颗粒表面，以确保与铝基体的成功结合。通过将粉煤灰、碳化硅 (SiC) 或硼化钛 (TiB2) 等材料加热到此特定温度，可以有效去除吸附的水分和挥发性气体。此步骤是防止熔融金属排斥颗粒并保持最终复合材料结构完整性的先决条件。
预热是一种关键的表面制备技术，可驱动污染物蒸发，从而促进润湿。如果没有这一步，颗粒上的水分会与熔融铝发生反应，导致灾难性的气体孔隙和薄弱的界面结合。
界面结合的物理学
去除表面污染物
增强颗粒在储存过程中会自然吸附大气中的水分和气体。如果将这些污染物引入熔融铝中，它们会迅速膨胀或发生化学反应。
将颗粒加热到大约 220°C 可确保在混合阶段开始之前，这些挥发性元素已经蒸发或解吸。
提高润湿性
“润湿性”是指液体在固体表面上的铺展程度。熔融铝具有高表面张力，通常难以与陶瓷颗粒结合。
通过预热去除表面杂质，可以显著提高系统的润湿性。这使得熔融铝能够完全包裹增强颗粒，而不是仅仅被带有间隙的颗粒包围。
缺陷预防和结构完整性
防止气体孔隙和气孔
将冷、湿颗粒添加到熔融金属中最直接的风险是产生气体。水分接触熔体后会立即变成蒸汽，化学反应会释放氢气。
预热消除了这种气体的来源，防止了气孔或气体孔隙的形成，这些孔隙会破坏铸件的机械性能。
减少界面缺陷
铝基复合材料 (AMC) 的强度取决于从软基体到硬增强体的载荷传递。这需要无缝的界面。
预热通过确保相之间的紧密接触来最大限度地减少界面缺陷。清洁、预热的表面会促进紧密结合，而受污染的表面会产生作为应力集中点的空隙。
工艺控制中的常见陷阱
加热不足的后果
如果温度未达到目标值 220°C，残余水分可能会留在颗粒簇深处。
即使少量残留水分也可能导致“团聚”，即颗粒聚集在一起而不是分散开，导致材料性能不均匀。
温度一致性
仅仅将烤箱设置为 220°C 并不足够；颗粒必须均匀加热到其核心。
加热不一致可能导致批次混合，其中一些颗粒结合良好，而另一些则引入缺陷，从而在复合材料中产生不可预测的失效点。
优化您的搅拌铸造工艺
为了获得高质量的 AMC，您必须将预热视为一项强制性的干燥和活化步骤，而不是一个建议。
- 如果您的主要关注点是机械强度：确保彻底预热以最大限度地提高界面结合，从而实现基体和增强体之间的有效载荷传递。
- 如果您的主要关注点是铸造质量：优先去除水分以防止气体孔隙，确保部件致密且没有内部气孔。
有效的预热将增强颗粒从潜在的污染物转变为完整的结构部件。
摘要表：
| 工艺方面 | 220°C 预热的影响 | 跳过预热的风险 |
|---|---|---|
| 表面纯度 | 去除水分和挥发性气体 | 污染物与熔融金属反应 |
| 润湿性 | 改善铝在颗粒上的涂层 | 结合不良和颗粒排斥 |
| 气体管理 | 防止气孔和气体孔隙 | 灾难性的气体膨胀/空隙 |
| 结构 | 确保颗粒分布均匀 | 颗粒团聚和结块 |
| 结合强度 | 最大限度地提高载荷传递和界面 | 界面结合薄弱和失效点 |
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参考文献
- Naguib G. Yakoub. Catalysts of Strength: Unveiling the Mechanical and Tribological Mastery of Al-2024 MMC with Fly ash/TiB2/SiC Reinforcements. DOI: 10.21608/jessit.2024.283185.1010
本文还参考了以下技术资料 Kintek Furnace 知识库 .
