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碳化硅颗粒增强铝基复合材料弹性模量与阻尼机制研究

王水兵  
【摘要】: 本文利用经不同表面处理的SiC颗粒与6066Al粉末采用粉末冶金工艺制备了6066Al合金和SiC_P/6066Al复合材料。利用SEM、金相显微镜、万能拉伸机、TEM、HRTEM、XRD分析了经不同表面处理的SiC颗粒的表面情况及采用他们制备的复合材料的显微结构与力学性能;在此基础上利用多功能内耗仪分析了12%SIC_P/6066Al复合材料动态模量特征和阻尼机制:最后通过考虑界面层厚度和界面结合强度,理论结合实验结果研究分析了界面特征对PRMMCs弹性模量和界面阻尼的影响。主要得到如下结论: (1)利用氧化酸洗并碱洗,得到表面干净、棱角钝化和比表面积大的SiC颗粒;再经热压烧结和热挤压过程,干净和大比表面积的SiC颗粒与基体问原子扩散容易,界面层薄而干净,界面结合强度高,颗粒分布均匀,同时基体晶粒也得到细化;由此制备的复合材料的综合性能最好; (2)求出了6066Al合金和SiC_P/6066Al复合材料的阻尼峰的激活能和弛豫时间,分别为1.78eV、9.95×10~(-15)s和1.68eV、1.01×10~(-14)s;SiC颗粒的加入使MMCs的阻尼峰向低温方向漂移了约50℃;高温时的阻尼峰主要是由界面扩散和晶界滑移机制引起的;中低温时的阻尼主要归功于位错阻尼;MMCs的动态模量比基体合金软化的慢,是由于加入的SiC颗粒具有良好的高温性能,二者在高温时动态模量的软化速率分别为-0.69℃~(-1)和-1.60℃~(-1); (3)无论增强体中是否计入界面体积,PRMMCs的弹性模量基本随界面层厚度减小而增加,随界面结合强度提高而增加,而界面阻尼则与之相反;当增强体中计入界面体积时,在弱结合时界面厚的界面阻尼高,在强结合时界面厚的界面阻尼低;当增强体中未计入界面体积时,在弱结合时界面薄的弹性模量高,在强结合时界面厚的弹性模量低; (4)兼顾弹性模量和界面阻尼两方面,实验中为提高两者性能可适当提高增加增强体的体积分数,为提高增强体与基体的浸润性时,界面层应尽量控制得比较薄更有利。理论研究为实际制备复合材料时控制界面提供了科学依据。


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