原位合成高強(qiáng)度變形鋁基復(fù)合材料.pdf

1、針對(duì)我國(guó)某水下尖端武器的應(yīng)用要求,所需材料不僅要具備高強(qiáng)度與高模量,同時(shí)還須具備高延展性以及耐腐蝕性能等,單一的金屬、陶瓷、高分子等已經(jīng)很難滿足這些迅速增長(zhǎng)的性能要求。金屬基復(fù)合材料可以綜合金屬基體和增強(qiáng)相的特點(diǎn),具備了高比強(qiáng)度、比模量,耐磨性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),在航空航天、汽車制造、先進(jìn)武器系統(tǒng)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但是金屬基復(fù)合材料主要采用外加顆粒的制備方法,顆粒尺寸較大,往往存在尖角,在尖角周圍容易造成應(yīng)力集中,而且增強(qiáng)顆粒與基體的界面

2、相容性差,導(dǎo)致材料延展性嚴(yán)重下降,無(wú)法滿足應(yīng)用要求。原位自生制備法使顆粒在熔體內(nèi)反應(yīng)生成,與基體的相容性較好,且顆粒相對(duì)細(xì)小,可在提高材料強(qiáng)度的同時(shí)保持基體較高的延展性,是一種可行的方法。
　　本文以具備高延展性,優(yōu)良的抗腐蝕性能以及擠壓性能的6351變形鋁合金作為基體,使用混合鹽原位反應(yīng)制備方法,在保持基體較高的延展性及抗腐蝕性能的基礎(chǔ)上,提高材料的模量與強(qiáng)度,以滿足水下尖端武器的應(yīng)用要求。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)中通過(guò)快速冷卻及機(jī)械振動(dòng)的方

3、法改善鑄錠凝固組織，從而進(jìn)一步提高材料的力學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)首先采用原位合成制備了10wt％TiB2/6351復(fù)合材料。原位自生的增強(qiáng)相TiB2顆粒呈棒狀及六邊柱狀，顆粒平均尺寸約為200nm，均勻分布于基體合金中。TiB2顆粒與Al基體之間結(jié)合緊密，沒(méi)發(fā)現(xiàn)空洞、界面開(kāi)裂等缺陷。凝固組織中TiB2顆粒大多出現(xiàn)在a-A1晶界周圍，這是由于顆粒尺寸較小，當(dāng)a-A1基體還末凝固時(shí)，TiB2顆粒己經(jīng)聚集并隨著凝固過(guò)程的進(jìn)行被排斥到凝固前沿，最終在a-

4、A1基體的晶界上富集。采用擠壓變形提高材料性能。擠壓工藝參數(shù)對(duì)復(fù)合材料的熱擠壓過(guò)程有很大的影響，合理控制擠壓溫度與擠壓速度可以有效避免材料的龜裂、撕皮等缺陷。復(fù)合材料經(jīng)過(guò)熱擠壓后，增強(qiáng)體分布的均勻程度得到了較大的提高，原本團(tuán)聚的顆粒被有效的擠碎，沿?cái)D壓方向呈明顯的帶狀組織特征，隨著變形程度的提高，增強(qiáng)體的分布更均勻。
　　力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明:復(fù)合材料的強(qiáng)度與模量比基體合金有顯著提高。變形程度的增加使增強(qiáng)體的分布更均勻，更有利于增

5、強(qiáng)體與基體界面結(jié)合強(qiáng)度的增加及材料中的缺陷愈合，提高了基體/界面間的應(yīng)力傳遞能力，使復(fù)合材料的強(qiáng)度及延伸率都得到了提高。為進(jìn)一步提高材料的性能，實(shí)驗(yàn)中采用快速冷卻與機(jī)械振動(dòng)兩種手段控制鑄錠凝固組織?？焖倮鋮s使鑄錠凝固后的晶粒更細(xì)小，提高了增強(qiáng)體分布的均勻性，材料的強(qiáng)度得到大幅度的提高，同時(shí)延伸率也略有提高。然而由于冷卻效果從下至上逐漸減弱，使增強(qiáng)體上下分布不均勻，也導(dǎo)致材料出現(xiàn)力學(xué)性能的差異。在凝固過(guò)程中引入機(jī)械振動(dòng)，改善了鑄錠的凝固組