不同尺寸SiCp增強AZ31B鎂基復合材料的制備及組織性能.pdf

1、為了滿足航天航空領域對金屬材料輕質、高性能的需求，本文設計并制備了（亞微米+納米）雙尺寸、（微米+納米）雙尺寸以及（微米+亞微米+納米）多尺寸 SiCp/AZ31B鎂基復合材料，并對制備的復合材料進行了熱擠壓變形。系統(tǒng)的研究了不同尺寸顆粒之間的組合方式、組分及空間排布對鑄態(tài)及擠壓態(tài)復合材料的組織及力學性能的影響，闡明了不同體系 SiCp/AZ31B復合材料的增強原因。利用光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡研究了顆粒參數對基體顯微

2、組織的影響原因，分析了不同尺寸顆粒對再結晶的影響規(guī)律。根據獲得的顯微組織分析結果，研究了不同體系顆粒對復合材料力學性能的影響，揭示了不同體系復合材料的室溫拉伸機制及增強機理。
　?。▉單⒚?納米）雙尺寸SiCp/AZ31B復合材料的研究結果表明，本文通過探索超聲波處理時間和攪拌鑄造工藝參數獲得了可以制備該體系復合材料的最優(yōu)工藝：半固態(tài)攪拌溫度為625℃，半固態(tài)攪拌速率為1500rpm/min，攪拌時間為15min，超聲處理時間為2

3、0min。鑄態(tài)復合材料中雙尺寸顆粒主要分布于晶界上，納米顆粒主要分布于微米顆粒的周圍，且納米顆粒的分散均勻性將隨著微米顆粒含量的增加而得到改善。熱擠壓不僅可以細化基體組織，而且還可以改善顆粒的分布，進而提高材料的綜合性能。熱擠壓過程中雙尺寸顆?？梢酝ㄟ^阻礙位錯運動使位錯在它們周圍塞積，有助于促進基體的再結晶形核，同時雙尺寸顆粒的存在還將阻礙晶界遷移，從而顯著細化基體組織。熱擠壓后雙尺寸復合材料中亞微米顆粒含量較低時納米顆粒的分布主要以帶

4、狀和均勻分布的混合分布模式為主，而隨著微米顆粒含量的增加雙尺寸顆粒的分布都變得較為均勻。擠壓態(tài)N-1+M1-4和N-1+M0.5-4復合材料的力學性能較為理想，與相同條件下熱擠壓后AZ31B合金和單尺寸復合材料相比，雙尺寸SiCp的加入導致復合材料的屈服強度和抗拉強度均獲得顯著提高。理論計算和試驗對比分析表明當前雙尺寸復合材料的主要增強機制為細晶強化和熱錯配強化。
　?。ㄎ⒚?納米）雙尺寸SiCp/AZ31B復合材料的研究表明，通

5、過組分優(yōu)化試驗獲得了雙尺寸顆粒的分布較為均勻且力學性能最佳的N-1+M10-14和N-1+M5-14復合材料。組織分析結果表明，熱變形過程中微米顆?？梢栽谄渲車纬苫兂潭容^大的顆粒變形區(qū)，從而促進基體的再結晶形核，同時納米顆粒還可以通過釘扎晶界作用有效的細化基體組織。隨著微米顆粒含量的增加，將增加顆粒變形區(qū)的數量，基體晶粒尺寸減小，復合材料的強度增加，同時微米顆粒含量的增加還有助于均勻分散納米顆粒，使得納米顆粒的分布得到很好的改善。室

6、溫拉伸過程中，位錯在微米 SiCp附近塞積，導致顆粒附近的位錯密度增加，有助于改善復合材料的抗拉強度。在外加載荷作用下，微米 SiCp端部易產生應力集中萌生微裂紋，而納米顆粒同基體界面結合較好，無微裂紋產生。
　?。?0μm+1μm+60nm）多尺寸復合材料的增強效果要優(yōu)于（10μm+1μm）雙尺寸復合材料，并且10μm、1μm和60nm的體積比為10：4：1時，復合材料的力學性能最高。熱變形過程中10μm顆?？梢栽谄渲車纬深w粒

7、變形區(qū)，該區(qū)域的形成有助于促進基體再結晶形核；1μm顆粒可以通過阻礙位錯運動和變形不匹配作用增加其周圍的位錯密度，從而有效促進基體的再結晶形核；納米顆粒的存在可阻礙晶界遷移，抑制或延緩再結晶晶粒進一步長大，從而有效的細化基體組織。擠壓態(tài)復合材料中不同尺寸的顆粒的分布都得到了顯著的改善，且它們都是沿著擠壓方向形成定向排布。多尺寸復合材料的增強機制中，位錯強化和細晶強化作用對多尺寸復合材料屈服強度的貢獻最為顯著。相比于1μm顆粒和60nm顆