納米壓痕對(duì)顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料界面微區(qū)性能的研究.pdf

1、顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料中，增強(qiáng)體和基體的界面作為連接增強(qiáng)體和基體的重要“橋梁”，其性能對(duì)復(fù)合材料的綜合性能十分重要。本文利用SiC顆粒（SiCp）增強(qiáng)Al基復(fù)合材料為模型材料，制備不同熱處理?xiàng)l件下的試樣，用納米壓痕技術(shù)表征界面微區(qū)力學(xué)性能分布規(guī)律，并結(jié)合界面微區(qū)組織結(jié)構(gòu)的位錯(cuò)和晶粒尺寸分析，以及宏觀拉伸試驗(yàn)結(jié)果，來探究界面附近過渡區(qū)和復(fù)合材料力學(xué)性能的關(guān)系。
　　合理選擇納米壓痕位置、間距對(duì)于有效表征 SiCp/Al界面附近力學(xué)性

2、能分布十分重要。當(dāng)選擇壓入深度為120 nm，相鄰間隔為1μm的壓痕點(diǎn)，從顆粒穿過平緩界面向基體依次做壓痕測試時(shí)，可以真實(shí)反映界面的硬度分布規(guī)律。SiCp/Al界面的硬度變化過渡區(qū)與基體的位錯(cuò)分布相一致。
　　本文選擇α-SiC顆粒和7A04鋁合金，并用攪拌鑄造法制備復(fù)合材料。通過擠壓變形、固溶和時(shí)效處理，最終得到4種時(shí)效時(shí)間不同的試樣，分別為擠壓態(tài)、欠時(shí)效、峰值時(shí)效、過時(shí)效。在不同時(shí)效處理的樣品上做壓痕實(shí)驗(yàn)。根據(jù)不同試樣的SiC

3、p/Al界面硬度分布規(guī)律可知，峰值時(shí)效樣品基體的硬度值最高，擠壓態(tài)樣品基體的硬度值最低。相較于擠壓態(tài)和欠時(shí)效樣品，峰值時(shí)效和過時(shí)效樣品上的硬度變化區(qū)(過渡區(qū))較小。前者約為2μm，后者約為6μm。
　　對(duì)樣品進(jìn)行微區(qū)組織結(jié)構(gòu)分析可知，位錯(cuò)集中區(qū)隨著時(shí)效時(shí)間的增加而減小。這是由于時(shí)效過程中，析出相易在界面位錯(cuò)集中區(qū)域成核，而析出相的長大會(huì)導(dǎo)致位錯(cuò)的重排以及亞晶界的移動(dòng)，從而引起位錯(cuò)減少。復(fù)合材料中基體的晶粒尺寸隨時(shí)效時(shí)間的增加先減小

4、后增大，也從側(cè)面證實(shí)了時(shí)效過程中發(fā)生了回復(fù)再結(jié)晶，并影響了界面附近位錯(cuò)的分布。
　　由復(fù)合材料宏觀力學(xué)性能測試結(jié)果可知，4種不同時(shí)效處理的復(fù)合材料斷裂應(yīng)變隨時(shí)效時(shí)間的增加而減小。這與時(shí)效過程生成的不同種類的沉淀相、以及界面的載荷傳遞能力有關(guān)。此外，實(shí)驗(yàn)證明時(shí)效處理的復(fù)合材料的強(qiáng)度和基體的強(qiáng)度成正比，不依賴于增強(qiáng)體和基體間的載荷轉(zhuǎn)移。
　　綜上所述，用納米壓痕技術(shù)做微區(qū)力學(xué)性能表征可以作為評(píng)價(jià)顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料宏觀力學(xué)性能的一個(gè)