原位合成高強度變形鋁基復合材料.pdf

1、針對我國某水下尖端武器的應用要求,所需材料不僅要具備高強度與高模量,同時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的性能要求。金屬基復合材料可以綜合金屬基體和增強相的特點,具備了高比強度、比模量,耐磨性強等優(yōu)點,在航空航天、汽車制造、先進武器系統(tǒng)等領域具有廣闊的應用前景。但是金屬基復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力集中,而且增強顆粒與基體的界面

2、相容性差,導致材料延展性嚴重下降,無法滿足應用要求。原位自生制備法使顆粒在熔體內(nèi)反應生成,與基體的相容性較好,且顆粒相對細小,可在提高材料強度的同時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制備方法,在保持基體較高的延展性及抗腐蝕性能的基礎上,提高材料的模量與強度,以滿足水下尖端武器的應用要求。同時，實驗中通過快速冷卻及機械振動的方

3、法改善鑄錠凝固組織，從而進一步提高材料的力學性能。實驗首先采用原位合成制備了10wt％TiB2/6351復合材料。原位自生的增強相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，沒發(fā)現(xiàn)空洞、界面開裂等缺陷。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a-A1基體還末凝固時，TiB2顆粒己經(jīng)聚集并隨著凝固過程的進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)對復合材料的熱擠壓過程有很大的影響，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。復合材料經(jīng)過熱擠壓后，增強體分布的均勻程度得到了較大的提高，原本團聚的顆粒被有效的擠碎，沿擠壓方向呈明顯的帶狀組織特征，隨著變形程度的提高，增強體的分布更均勻。
　　力學性能測試結(jié)果表明:復合材料的強度與模量比基體合金有顯著提高。變形程度的增加使增強體的分布更均勻，更有利于增

5、強體與基體界面結(jié)合強度的增加及材料中的缺陷愈合，提高了基體/界面間的應力傳遞能力，使復合材料的強度及延伸率都得到了提高。為進一步提高材料的性能，實驗中采用快速冷卻與機械振動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小，提高了增強體分布的均勻性，材料的強度得到大幅度的提高，同時延伸率也略有提高。然而由于冷卻效果從下至上逐漸減弱，使增強體上下分布不均勻，也導致材料出現(xiàn)力學性能的差異。在凝固過程中引入機械振動，改善了鑄錠的凝固組