引言
鋅合金因具有良好的室溫力學性能和耐磨減摩性能而被廣泛用作大負荷條件下的滑動軸承材料[1-4]。但是，鋅合金的高溫強度差也是不可忽略的，這必然會影響其使用性能、限制其應用範圍。而鋅的熔點低是造成鋅鋁合金高溫性能差的根源，雖然大幅度提高含鋁量可以提高鋅基合金的液相線溫度，但在常規鑄造條件下，總要產生宏觀偏析形成的低熔點共晶區。近年來，電磁攪拌技術的發展和應用，使材料的力學性能發生了突破性改變。目前,具有實用化前景的電磁攪拌凝固技術己日趨成熟,這爲大幅度提高鋅基材料的力學性能提供了一種嶄新的技術手段[5-6]。利用電磁攪拌技術製備納米顆粒增鋅基複合材料，國內外報道的較少，相應的成形基本問題和性能等許多應用基礎研究工作和產品的實用性研究均需要開展。這一領域的研究既可豐富已有的鋅材料的成形、凝固、磨損和腐蝕理論，也可作爲一種新材料而擴大鋅材料的應用範圍，具有重要的理論意義和應用價值。本文利用直流橫向穩恆磁場，製備了納米TiC 顆粒增強鋅基複合材料，研究了熱處理工藝對鋅基複合材料材料力學性能的影響。
1 實驗過程
1.1 實驗材料與設備
實驗用的合金基體爲 ZA35 合金，主要原材料爲純鋅，純鋁，鎂，銅和錳。其中Cu 和Mn 分別以A1-50%Cu 中間合金和Al-10%Mn 中間合金形式加入。合金成分爲Zn-35%Al-1.0%Mn-2.5%Cu-0.1Mg(質量分數)。納米TiC 顆粒從合肥開爾納米能源科技有限公司購進，粒度爲40nm，向基體ZA35 合金中加入量爲7.5%(體積分數)。
電磁攪拌所用磁場由直流穩恆磁場發生器提供。磁場裝置中的基座和磁極都採用導磁性良好的硅鋼片製作，磁極間距在0-200mm範圍內可調。磁極的截面積爲140×140mm。在中的磁迴路中繞有兩個線圈，它們的大小相同，具有相同的匝數和電阻，磁感應強度的大小透過調節線路中的電流強度來控制。實驗中採用ZXGl-250弧焊整流器來調節電壓，改變線路中電流大小，從而調整直流穩恆磁感應強度的大小。複合材料的凝固在水平定向凝固裝置上實現，根據前期研究結果[7]，實驗選適宜的電流值爲100A。
複合材料的熱處理在中溫箱式電阻爐中進行。
1.2 實驗方法
拉伸試驗是在 CSS-55100 電子萬能拉伸試驗機上進行的，拉伸的速率爲0.3mm/s，拉伸試樣的尺寸所示。
硬度測試是在HB-3000 型布氏硬度計試驗機上進行的，載荷爲62.5KG，鋼球直徑5mm，加載時間30s。每個試樣測試3 個點，透過硬度表查出每個點的硬度值，取其算術平均值。
材料斷口觀察利用SSX-550 型掃描電子顯微鏡（ SEM） 。腐蝕劑的配製成分爲20gCrO3，15g Na2SO4 和100mlH2O。
2 實驗結果及分析
2.1 正交實驗方案設計及實驗結果
本實驗以抗拉強度（σb）、硬度（HB）以及伸長率（δ）爲實驗指標，選擇固溶溫度、固溶時間、時效溫度以及時效時間爲影響因素，對體積分數爲7.5%的 TiC/ZA35 複合材料進行正交實驗，選用L9（34）正交試驗表。爲實驗因素表，表2 爲實驗安排及結果表。
2.2 正交實驗結果分析
在得出正交試驗數據後需要對試驗數據進行顯著性水平分析，正交試驗數據分析方法有很多，比如迴歸分析法、方差分析法和級差分析法等，本實驗採用級差分析法。爲了能夠更直觀地看到試驗指標隨各因素的變化趨勢，將計算結果繪製成圖，所得結果。
根據前期研究結果[7]，納米TiC 顆粒加入量爲7.5%（體積百分數）時，TiC/ZA35 複合材料拉伸強度達到410.5MPa，伸長率4.67%，HB 硬度122.4。從中可以看出對TiC/ZA35複合材料進行熱處理，其抗拉強度明顯比未處理有所提高。當延長固溶時間，複合材料的抗拉強度隨之增加。由於固溶時間的延長，使TiC 顆粒更加充分的於基體結合，在基體中分佈的更加均勻，抗拉強度明顯提高。當固溶溫度達到350℃時，此時已經快接近低熔點共晶物的熔點，晶界有熔化的趨勢，此時的抗拉強度會明顯降低。固溶溫度升高時基體ZA35 中β相含量增加，當溫度高於340℃後，析出顯微結構爲層片狀的α/相，使抗拉強度下降。各因素影響主次順序爲：B?A?C?D。從中可以看出TiC/ZA35 複合材料進行熱處理，其伸長率明顯比未處理有所升高。隨固溶溫度和時效溫度的升高，複合材料的伸長率也明顯增加，固溶和時效時間的延長，複合材料的伸長率都是先下降然後上升。各因素影響主次順序爲：A?B=D?C。從中可以看出隨時效溫度的'升高，複合材料的硬度值反而下降。固溶溫度和時效時間對硬度值的影響不大。隨固溶時間的增加，試樣的硬度值先上升然後下降。