添加BaPbO3顆粒的鋁基復合材料的組織性能與高溫變形研究.pdf

1、針對航天領域?qū)Σ牧细弑葎偠?、高比強度、抗輻射和高阻尼性能的需要，本文采用粉末冶金和擠壓鑄造方法分別制備了 BaPbO3體積百分數(shù)為5％的BaPbO3/2024Al和(Al18B4O33＋ BaPbO3)/Al復合材料，分別簡寫為BPOp/2024Al和(ABOw+BPOp)/Al。采用DSC、XRD和TEM研究了兩種復合材料的微觀組織，測試了兩種復合材料的室溫拉伸性能、輻射防護性能、阻尼性能和熱擠壓熱壓縮變形性能，闡述了復合材料輻射防護

2、和阻尼機制，探討了熱擠壓熱壓縮變形機理。
　　TEM和DSC分析結果表明，在復合材料制備過程中，BPOp與2024Al及Al基體分別發(fā)生化學反應，生成納米級Pb顆粒和非晶相。在BPOp/2024Al復合材料中，Pb與非晶相以團簇形式分布于2024Al基體中，這一化學反應降低了BPOp/2024Al復合材料的室溫拉伸性能；在(ABOw+BPOp)/Al復合材料中，Pb與非晶相以界面層形式分布于ABOw-Al界面處，含Pb界面層降低了

3、界面結合強度，弱化了(ABOw+BPOp)/Al復合材料室溫力學性能；ABOw的引入對(ABOw+BPOp)/Al復合材料具有顯著補強作用。
　　采用TEM首次確定了2024Al合金中復雜金屬間化合物Al63.5Mn10.5Cu9.5Fe7.6Si8.9的點陣結構、測量了點陣常數(shù)，這一金屬間化合物具有有序的體心立方結構，點陣常數(shù)大約為1.265nm。系統(tǒng)研究了復雜金屬間化合物的形成機理及對BPOp/2024Al復合材料力學性能的影

4、響。
　　BPOp的引入明顯提高了BPOp/2024Al和(ABOw+BPOp)/Al復合材料的輻射防護性能和阻尼性能。BPOp中含有重金屬元素Ba、Pb，從而提高了復合材料的輻射防護性能。輻射防護計算結果與試驗結果的吻合顯示，制備過程中的化學反應不影響復合材料的輻射防護性能。BPOp/2024Al復合材料的阻尼能力明顯依賴于Pb相的本征阻尼。(ABOw+BPOp)/Al復合材料阻尼性能明顯依賴于Pb相的本征阻尼以及弱的界面結合引

5、起的界面阻尼。
　　BPOp/2024Al復合材料的熱擠壓和熱壓縮變形結果顯示，隨變形溫度升高復合材料變形抗力降低，在Pb熔點以上變形時，熱變形抗力明顯降低。首先，溫度升高，BPOp/2024Al復合材料基體發(fā)生回復、再結晶，基體軟化；其次，Pb液相出現(xiàn)后，有效松弛了變形引起的局部應力集中，降低了BPOp/2024Al復合材料基體位錯密度；另外，Pb液相力學性能極低，液相出現(xiàn)明顯降低BPOp/2024Al復合材料力學性能，導致復合

6、材料變形抗力降低。
　　(ABOw+BPOp)/Al復合材料熱擠壓變形結果顯示，(ABOw+BPOp)/Al復合材料熱擠壓變形抗力較ABOw/Al明顯降低。一方面，含Pb界面層能有效的松弛變形過程中晶須附近的應力集中，減少晶須附近基體的變形位錯；另一方面，液相Pb有利于界面滑動、晶須轉(zhuǎn)動。(ABOw+BPOp)/Al復合材料熱壓縮變形表現(xiàn)出明顯脆性材料壓縮變形特征，主要是由于高溫變形時，界面層弱化了ABOw-Al間界面結合強度，在