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SiC颗粒表面处理及制备工艺对SiCp/6066Al复合材料组织和性能的影响

孙旭炜  
【摘要】:本文借助金相显微镜、扫描电镜(SEM)、拉伸实验、硬度测试等实验方法,研究了SiC颗粒表面处理及制备工艺对复合材料组织、性能的影响,主要进行了两个方面的研究工作: 1) SiC颗粒表面处理对SiCp/6066Al复合材料组织、性能的影响 采用两种不同的表面处理方法,方案一:将SiC颗粒置于空气气氛中1200℃下氧化10小时,然后在40%的氢氟酸(HF)中浸泡3小时后烘干;方案二:将SiC颗粒置于100℃的NaOH饱和溶液中浸泡30分钟,接着丙酮超声清洗后清水冲洗,然后用80℃的K_2ZrF_6饱和溶液浸泡2小时后烘干。把经过上述两种表面处理的SiC颗粒及其与铝粉混合后用粉末冶金法制得的SiCp/6066Al复合材料,用SEM、OM、室温拉伸、硬度测试对样品分析后得到以下结论:①SiC颗粒高温氧化后除去了尖锐的角部,有明显的钝化现象,随后的高浓度强酸处理使颗粒表面白色的粒状凸起去除干净,表面洁净光滑;②碱洗+氟酸盐处理使SiC颗粒表面粗化,K_2ZrF_6均匀地涂覆在颗粒的表面形成一层薄膜;③高温氧化+酸洗态颗粒团聚现象较原始态明显减少,基本没有孔洞和弱的界面结合,材料主要断裂方式为基体合金的延性断裂和增强体从基体中拔出并且外面覆盖一层基体合金;碱洗+氟酸盐表面处理,通过得到的粗化表面对基体颗粒的“钉扎”、“粘附”作用,以及SiCp颗粒表面涂覆的Z_2ZrF_6薄膜清除6066Al颗粒表面的Al_2O_3薄膜,得到良好SiC颗粒与基体的界面结合,以及增强体颗粒的弥散均匀分布,得到复合材料性能优于相应高温氧化+酸洗态的值。 2) SiCp/6066Al复合材料制备工艺研究 利用布氏硬度、OM、SEM这些研究手段研究了高能球磨、低温快速热挤压对改善复合材料增强体颗粒分布均匀性,烧结过程的机理及其对复合材料致密度、组织性能的影响。结果表明:①高能球磨法是改善增强体颗粒形貌、细化增强体颗粒粒度、提高增强体颗粒在基体更小的微区域中实现数量分布均匀性的最有效混料方法。低温快速热挤压利用基体低塑性下强大物理变形量使增强体颗粒进一步细化,得到的细小等轴颗粒更易随着基体塑性流动,从而进一步改善或消除各微区域内增强体颗粒的偏聚或尽可能降低偏聚的程度。两种方法相结合是实现增强体颗粒微观分布均匀性的最有效方法:②高温下的短时烧结,通过液相的粘塑性流动使颗粒重排及紧密堆积,坯料致密度提高较大,但基体粉末氧化严重、晶粒尺寸长大、熔化的液相在SiCp陶瓷的表面产生“析汗”现象,导致样品的硬度不如低温长时烧结态高:高能球磨得到小颗粒较大的比表面和粉末内部较多的缺陷和晶格畸变,为低温下的固相烧结过程提供驱动力,且长时间的烧结使压坯中孔隙的缩小和消除越彻底,致密度也越高,颗粒间结合更好,因此硬度提高显著。


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