随着科学技术进步,无论是航空、航天还是汽车、电子等领域,都对轻质高强材料提出了较高的要求。目前纯铝合金铆钉质地较软、强度硬度不高,在后期使用维护、更换方面都需耗费大量时间,因此制备一种轻质高强铝合金铆钉具有重要的现实意义。本文主要采用新型高压快冷真空吸铸工艺制备一种金属纤维增强的ZL105A铝基复合材料铆钉。首先设计一种新型高压快冷真空吸铸系统,并通过仿真分析确定快冷系统的最优工艺参数,在此基础上设计并制备一套内部可嵌置多金属纤维的复合材料铆钉模具。其次,采用有限元Pro CAST软件对铆钉的铸造过程进行模拟仿真,探究航空铆钉的成型机理和损伤机制,并预测缺陷可能存在的位置。最后,采用新系统成形不同金属纤维直径(0.06mm、0.08mm、0.10mm、0.15mm、0.20mm)、金属纤维体积分数(0.06%、0.11%、0.17%、0.43%、0.67%、1.2%)、金属纤维种类(304不锈钢丝、Ti Ni纤维)、纤维表面镀铜四个工艺参数下的复合材料铆钉,对不同工艺参数下纤维增强ZL105A铝基复合材料铆钉进行组织观察和性能测试,主要得出以下结论:(1)根据有限元分析铆钉的成形过程,铆钉头部最先充型完整,同时由于在金属纤维附近,合金液浇铸过程中会出现反向填充且换热不均等现象,因此缺陷位置主要分布在金属纤维和靠近浇铸口附近。(2)金属纤维表面镀铜可改善纤维与基体之间的润湿性,提升两者之间的结合能力。纤维表面镀铜减小了纤维与基体之间的孔隙,两者之间的铜镀层在高温环境中弥补了两者之间的大孔隙,共晶硅均匀分散在固溶体中,晶粒尺寸在2.3～3.2 um之间。(3)在一定范围内,随金属纤维直径的增大,纤维增强的ZL105A铝基复合材料的力学性能先增加后减小。当304不锈钢纤维直径为0.1mm时,复合材料的抗拉强度最大为341.04MPa,相比基体抗拉强度提升了49.33%;断面伸长率最大为54.24mm,相比基体提升了43.3%;显微硬度最大为129.1HV,相比基体提升了66.56%。当Ti Ni金属纤维直径为0.1mm时,复合材料的抗拉强度最大为367.8MPa,断面伸长率最大为54.242mm。(4)随金属纤维体积分数在一定程度内增加,复合材料的力学性能先增大后减小。当304不锈钢纤维的体积分数为0.17%时,复合材料的抗拉强度最大为345.05MPa,比ZL105A铝基合金基体抗拉强度228.38MPa提升了66.19%。(5)Ti Ni镀铜纤维增强复合材料的抗拉强度相对304不锈钢镀铜纤维增强复合材料的抗拉强度高7.85%。(6)从电学性能来看,在一定范围内随金属纤维直径的增大,复合材料的电阻率先增大后减小,当镀铜金属纤维直径为0.08mm时,复合材料的电阻率最大为25.9μΩ.mm;当未镀铜纤维直径为0.2mm时,复合材料电阻率最大为28.2μΩ.mm,且304不锈钢纤维增强复合材料的电阻率要高于Ti Ni金属纤维增强复合材料的电阻率。