亚微米颗粒增强铝基复合材料的制备、组织与性能研究

【摘要】：本文率先将高能球磨和半固态挤压技术相结合，形成亚微米颗粒增强铝基复合材料制备新技术。通过自行设计的半固态挤压装置，采用高能球磨—半固态挤压制备了亚微米SiCp／2014Al和SiCp／6066Al复合材料，利用金相显微镜、扫描电镜、万能电子拉伸机、热分析仪、维氏硬度计等手段系统研究了亚微米SiCp／Al复合材料的显微组织、力学和热物理性能。并通过对材料的组织性能分析，研究了不同有机溶剂对亚微米颗粒在基体中的分散效果，半固态挤压工艺参数对材料组织性能的影响，以及亚微米颗粒增强铝基复合材料的强化机制、断裂机制、时效硬化行为等。得出的主要结论如下： 1．亚微米陶瓷颗粒有良好的增强效果。一定体积分数内，亚微米颗粒增强铝基复合材料的力学性能随增强体含量的增加而增加，但增强体含量过多时，复合材料中的增强体聚集区和增强体／增强体界面反而会恶化材料的力学性能。 2．随着亚微米增强体含量的增加，复合材料的主要微观断裂机制沿“基体撕裂→增强体／基体界面开裂→增强体／增强体开裂”转变。 3．复合材料的最佳半固态挤压温度为复合材料中液相体积分数为40％时基体所对应的温度；提高挤压比，有利于复合材料性能的提高。 4．在丙酮、正丁醇、乙醇三种有机溶剂中，丙酮在混料时对0.13μm的SiC分散效果最好，采用其作为混料介质制各的复合材料性能最好。 5．弥散分布的亚微米颗粒并未影响基体合金的时效动力学，复合材料的峰时效时间与基体合金相同，但颗粒含量过高时，复合材料中的大尺寸颗粒团聚体起到了微米级增强颗粒加速基体合金时效析出的作用。 6．采用高能球磨—半固态挤压技术制备的亚微米SiCp／Al复合材料具有较好的颗粒分散性，材料具有良好的力学和热物理性能。