原位生長尖晶石晶須增強Al-Mg合金基復合材料的制備與時效強化研究.pdf

1、鋁基復合材料由于其密度低、比強度高、良好的耐磨、耐熱性和尺寸穩(wěn)定性而成為高性能結(jié)構(gòu)材料的重點研究方向,具有廣闊的應用前景。MgAl2O4尖晶石晶須具有熔點高、缺陷少、強度高和熱穩(wěn)定性好的特點,是一種經(jīng)濟實用的鋁基復合材料的增強體。采用有效的工藝方法以實現(xiàn)MgAl2O4晶須在基體中的均勻分散,是使其發(fā)揮良好性能的關鍵。本論文以分別以純鋁和鋁合金為基體,探索在基體內(nèi)原位生長MgAl2O4尖晶石晶須的制備工藝,在此基礎上研究MgAl2O4增強

2、鋁基復合材料的微觀組織和力學性能,并初步分析原位合成的MgAl2O4晶須對復合材料時效動力學的影響與強化機理。
　　以純Al粉、Mg粉為原料,采用化學反應-粉末冶金法在純鋁基體中合成MgAl2O4晶須,通過改變球磨預處理條件、熱擠壓參數(shù)以及添加氧化硼助熔劑等方式優(yōu)化MgAl2O4/Al復合材料的制備成型工藝,并研究了不同含量的助熔劑在燒結(jié)過程中對晶須生成及復合材料性能的影響。結(jié)果表明,MgAl2O4/Al復合材料的力學性能可以通過

3、調(diào)節(jié)球磨與熱擠壓參數(shù)得到優(yōu)化,同時適量氧化硼的加入能夠提高復合材料的硬度與壓縮強度,但是不利于抗拉強度與熱穩(wěn)定性的提升。
　　采用原位合成的方法,通過冷壓燒結(jié)-熱擠壓、熱壓燒結(jié)法等不同的燒結(jié)方式,在6061鋁合金基體內(nèi)合成MgAl2O4尖晶石晶須。通過對生成晶須微觀組織結(jié)構(gòu)的表征與力學性能的測試,研究了燒結(jié)條件對晶須的生成的影響,并探討了復合材料力學性能隨晶須含量的變化規(guī)律。結(jié)果表明冷壓燒結(jié)過程中,隨著晶須含量的增加,復合材料的硬

4、度與抗拉強度逐漸增大,但塑性有所降低;而在熱壓燒結(jié)過程中,分析證明了壓力的存在是晶須生長的必要條件之一。
　　對MgAl2O4/6061Al復合材料進行不同溫度與時間的固溶-時效處理,研究了復合材料時效前后的力學性能變化,確定了最佳時效工藝參數(shù);討論了晶須的生長對復合材料時效動力學的影響。結(jié)果表明,時效處理后的復合材料硬度最高可達到HV195,抗拉強度達400 MPa。與6061Al合金相比,復合材料的到達時效峰值的時間明顯縮短,