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碳化硅颗粒增强铝基复合材料的微结构和力学与腐蚀行为研究

贺春林  
【摘要】:碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiC/Al MMCs)由于具有价格低、易于加工和各向同性等特点,具有广阔的应用前景。本文采用纯Al为基体,选取纳米(25nm)、亚微米(150nm)和微米(3.5μm)SiC颗粒为增强体,就颗粒尺寸和含量对MMCs的力学性能、组织结构的影响问题进行了研究。结果表明:粉末冶金法制备的SiCp/纯Al MMCs的拉伸强度、屈服强度、弹性模量和硬度都比纯铝显著提高,延伸率和断面收缩率明显下降。随SiC体积分数的增加,MMCs的强度逐渐增加,而塑性则明显下降。纳米和亚微米颗粒在含量很小时即对纯铝有明显的增强作用,但随着其含量的增加,细小的颗粒间发生团聚,使其增强作用有所下降。在颗粒含量一定时,小颗粒因团聚而使复合材料塑性不如大颗粒增强的复合材料。 发现了MMCs的极限强度σb与布氏硬度Ha的比值(σb/H_B)与颗粒含量和尺寸有关。对细小颗粒(亚微米和纳米)增强MMCs,σb与H_B比值与颗粒含量无关,较好地符合σb/H_B≈1/3关系式;对微米颗粒增强MMCs,仅在颗粒含量较高时(15%),满足σb/H_B≈1/3关系,而在颗粒含量较少时(≤10%),上述关系给出的结果误差达9%,即二者不符合线性关系。还发现,在颗粒含量较高时,不取决于颗粒尺寸,较好地符合σb/H_B≈1/3关系式。 在拉伸断裂过程中,裂纹有避开颗粒生长的倾向。但随颗粒体积分数增加,纳米和亚微米SiC颗粒团聚处的断裂倾向增大;而对微米颗粒,则颗粒本身的断裂几率增加。 MMCs具有高的强度的原因是基体的微观结构发生了变化,如位错密度增加,亚晶尺寸减少。分析了不同强化机制对MMCs的强化效果。指出仅用细小颗粒增强,不会获得好的综合性能。而采用大小颗粒混合增强,可获得综合性能良好的复合材料。 第二相硬质点加入金属中后,会影响材料的变形织构。但对微米以下颗粒,有关硬质相的含量对MMCs变形织构影响的定量研究目前还未见报道。本文就颗粒尺寸宽范围(25nm-3.5μm)内,颗粒含量对SiCp/Al MMCs织构的影响问题进行了定量研究。结果表明,挤压A1的晶粒以〈111〉方向平行于挤压方向,主要织构


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