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深冷处理对铝基复合材料性能的影响

崔光华  
【摘要】: 在欧美等发达国家,铝基复合材料的工业化生产已经开始,主要应用在航空、航天、汽车、电子器件等领域并且被列为2l世纪新材料应用开发的重要方向。为了进一步提高铝基复合材料的综合性能,人们一方面不断寻找不同的增强相,另一方面不断改进其制备工艺及随后的热处理工艺。深冷处理被看作传统热处理的一种延伸也开始被尝试应用于铝基复合材料,本文研究的主要内容是通过试验试图确定碳化硅颗粒增强铝基复合材料深冷处理的基本工艺流程研究其对复合材料性能的影响以及影响机理。得到的主要结论如下: 深冷处理后的复合材料析出相含量有所增加,一次深冷后的复合材料硬度,强度均有不同程度增加,深冷次数对材料力学性能影响不大。深冷过程中体积收缩可以使材料内的部分缺陷如空位和微孔得到弥合,提高了材料的强度。晶粒发生了择优取向,有利于阻碍位错滑移,材料的强度性能得以提高。 深冷后的复合材料断口分析表明由于深冷处理改变了复合材料中的位错组态,使复合材料内部产生大量的位错,位错之间相互缠绕并与晶界及析出相之间相互作用,位错短程运动变得困难,使得复合材料强度提高、塑性降低,基体呈现出更多脆性断裂的特征。 SiCp能很好的抑制基体的膨胀,颗粒越多,对基体膨胀的制约就越强,复合材料的热膨胀系数就越低。温度升高,复合材料中增强体—基体界面传载能力下降,SiCp通过界面抑制基体膨胀的能力就越弱,导致复合材料的热膨胀系数升高。 复合材料的热膨胀系数与基体中初始残余应力σ_0及温升过程中的热错配应力σ_(ΔT)密切相关。复合材料深冷过程的降温阶段,基体与颗粒收缩量不匹配度将进一步增大,界面附近基体局部区域继续进行拉伸塑性变形及加工硬化,但以拉伸塑性变形为主。在深冷过程升温阶段,由于基体膨胀量比颗粒大,基体经历卸载过程。因此复合材料经低温处理并返回室温时,两相之间的弹性错配应变将有所缓和,即残余应力降低。复合材料的热膨胀系数也降低。 深冷工艺降低了由于颗粒和基体热膨胀系数不匹配而在界面处引入的热错配应力,从而减少了热错配应力引起的晶格畸变,进而降低了复合材料的界面热阻,提高了复合材料的热导率,深冷次数对复合材料热导率影响不大。


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