Al-Si系铸造合金是一种传统的工业用铝合金材料,因其原料成本低廉且具有良好的铸造、焊接及耐磨性能而广泛应用。ZL101和ZL102合金为两种典型的Al-Si系铸造合金。然而,其铸态显微组织特性为多边形块状的初晶硅和粗大针状的共晶硅,α-Al枝晶粗大,导致合金的力学性能恶化。本文主要对稀土钐(Sm)及碳纳米管(CNTs)在铝硅合金中的应用及性能进行研究。研究结果表明:稀土Sm能降低Al-Si合金的共晶温度。加入量越多,则降低幅度越大。当加入0.6wt.%Sm时,共晶温度最低。共晶温度低是具有良好变质组织合金的一个共同的特征。对显微组织而言:ZL101的α-Al二次枝晶臂间距随着Sm含量增加而减少,当Sm的含量达0.6wt.%时,二次枝晶臂间距值最低,由原来的40μm变为27μm;而此时ZL102合金的α-Al呈双重枝晶-晶胞结构和松树结构分布,枝晶数量增多。Sm对Al-Si合金的共晶硅相变质能力较强。可将Al-Si系合金中细长针状变质为细小圆整的颗粒状。对于ZL102合金,添加适量稀土Sm能同时变质初晶硅和共晶硅。此外,稀土Sm能提高Al-Si系合金的力学性能。当0.6wt.%Sm加入时,合金具有良好的综合力学性能。CNTs的韧性和结构稳定性良好,作为增强相加入合金后,复合材料的性能将带来一次飞跃。然而CNTs密度低,尺寸小,比表面积大,难以分散,与铝合金基体润湿性差。因此,为了解决上述问题,本课题首先制备了CNTs含量高的Al-CNTs中间纳米复合材料作为CNTs的载体,然后加入铝硅合金熔体稀释辅以施加机械搅拌或超声制备CNTs/ZL101复合材料。在Al-CNTs中间纳米复合材料中,CNTs含量越多,熔化时间越长,CNTs的最佳含量为5~8wt.%。Al-CNTs中间纳米复合材料经热挤压后可缩短其熔化时间。采用机械搅拌法制备的CNTs/ZL101复合材料,随着CNTs的加入,显微组织得到细化。但是由于机械搅拌法对CNTs的分散能力有限,当CNTs含量超过0.4wt.%时,复合材料的内部缺陷多,存在大量的CNTs团聚物,导致复合材料力学性能下降。当CNTs含量为0.2wt.%时,复合材料的显微硬度及力学性能最佳,与基体相比,硬度和极限抗拉强度分别提高了36.8%、18.8%。采用超声法制备的CNTs/ZL101复合材料与机械搅拌法相比,CNTs的团聚物在超声的空化效应作用下在复合材料内均匀分布,共晶硅及α-Al也得到细化。超声功率越大,复合材料的显微组织越好,最佳的超声功率为2.1kw。在功率2.1kw超声作用下,0.8wt.%CNTs/ZL101复合材料的硬度、极限抗拉强度和延伸率最高,最低功率(0.7kw)相比,分别提高了22.8%、17.8%和47.2%。另外,随着CNTs含量的增加,复合材料的硬度和抗拉强度不断上升,当CNTs加入量达1.2wt.%时最高,分别为HV106.3、267MPa,与基体相比,提高了36.1%、19.7%。