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合金元素及增强体表面状况对SiCp/Al复合材料界面的影响及其交互作用

郭建  
【摘要】:采用机械搅拌复合方法制备了SiC颗粒增强铝基复合材料。通过透射电子显微镜(TEM)、X射线能谱仪(EDXS)、X射线光电子能谱仪(XPS)等分析手段,研究了基体合金成分、SiC颗粒表面状况和制备工艺对复合材料界面结构和界面反应的影响。 研究表明,对于基体合金中Si含量较高的SiC_p/Al-5~10wt%Si-0.5wt%Mg复合材料,增强体与基体的界面以SiC/Al、SiC/Si为主,并可发生形成尖晶石(MgAl_2O_4)的界面反应。通过对比制备态复合材料和重熔后复合材料的界面特征,确定界面尖晶石具有很高的形成和长大速度。通过改变SiC颗粒表面状况,研究了界面尖晶石的形成机制。 在以变形铝合金(Al-Mg-Si)为基的SiC颗粒增强复合材料中,SiC颗粒与基体合金的界面以SiC/Al为主,界面上有MgAl_2O_4和Al_4C_3生成。在基体合金中添加Ti元素对SiC/Al之间的界面反应有抑制作用。 在SiC_p/Al-Mg-Si-Pb-Ti复合材料中,由于Ti的存在改善了SiC_p/Al-Pb之间的润湿,并使基体合金中的Pb以Pb相的形式主要存在于界面上;Pb的存在削弱了Ti对SiC/Al之间界面反应的抑制作用。基体合金元素之间对复合材料的界面结构和界面反应存在着交互作用。 对复合材料中界面本征结构的研究表明,SiC晶体中的最密排面与铝熔体之间具有最低的界面能。SiC晶体在复合材料中会形成台阶界面,此时界面能处于最低状态。对于α-SiC(6H)晶体的台阶界面,台阶界面由(0001)品面和{10(?)2}晶面族中的晶面构成。SiC/Al之间的低能量界面有助于减少界面反应,稳定界面结构。 通过热力学计算,分析了Ti元素对SiC/Al之间界面反应的控制机制。


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