Al18B4O33w增強Al-Mg及Al-Cu基復合材料的界面調控及力學行為.pdf

1、本文針對硼酸鋁晶須增強鋁基復合材料界面反應嚴重及力學性能偏低這一問題，提出了采用水熱合成法在增強體表面涂覆Al2O3及采用基體合金化等手段，抑制界面反應，調控界面狀態(tài)，以提高界面結合強度，達到提高復合材料力學性能的目的。采用擠壓鑄造法制備了涂覆（或無涂覆）硼酸鋁晶須增強Al-Mg及Al-Cu復合材料，并對所制備的復合材料進行了熱處理。
　　XRD測試結果表明水熱涂覆后，獲得的前驅體為勃姆石AlO(OH)，在900℃煅燒1h后，Al

2、O(OH)相消失，出現新相γ-Al2O3。DSC-TG測試結果表明前驅體AlO(OH)在482℃時發(fā)生分解。
　　研究發(fā)現，Mg含量顯著影響ABOw/Al-Mg復合材料的界面結構。隨著Mg含量的增加，界面反應產物逐漸由MgAl2O4相演變成MgAl2O4+MgO以及MgO相。當鎂含量較低時，由于晶須損傷嚴重，復合材料的力學性能極差。隨著Mg含量增加，復合材料的界面狀態(tài)得以改善，相應的力學性能隨之提高，當Mg含量為10％時，復合材料

3、的抗拉強度達到最高值540MPa。
　　晶須表面Al2O3涂層的存在不僅有效地降低了復合材料中晶須與基體中Mg之間的界面反應程度，而且改變了復合材料界面組織結構。當基體中的Mg含量為6.8%時，在ABOw/Al-Mg復合材料中界面相為MgO和MgAl2O4相，而在ABOw/AlO/Al-Mg復合材料中界面上僅有MgO相。此外，Al2O3涂層含量對復合材料的力學性能有顯著影響。隨著Al2O3涂層含量的增加，復合材料的UTS和δ先增加

4、后下降。當Al2O3涂層含量為1.36%時，ABOw/Al-Mg復合材料的抗拉強度可達490MPa。
　　熱處理強烈地影響復合材料的微觀組織結構（界面相、基體位錯組態(tài)以及析出相）以及復合材料的力學性能。320℃保溫處理對ABOw/Al-Mg復合材料的界面結構未產生影響，但顯著影響ABOw/AlO/Al-Mg的界面結構。在320℃保溫20h后，由于基體中的Mg與Al2O3涂層反應導致ABOw/AlO/Al-Mg復合材料的界面處產生新

5、相MgAl2O4。
　　研究還發(fā)現，在Al-Cu基復合材料中，ABOw與基體不發(fā)生界面反應，但在界面或基體中有第二相(CuAl2)析出。隨著Cu含量增加，Al-Cu基復合材料界面上第二相的尺寸和數量增加。晶須表面涂層的存在改變了第二相在界面及基體中的分布狀態(tài)。CuAl2僅在鑄態(tài)ABOw/Al-Cu復合材料的界面處偏聚，并未在基體中析出；CuAl2不僅在鑄態(tài)ABOw/AlO/Al-Cu復合材料的界面上析出，而且在基體中析出，當界面及

6、基體中均存在析出相時，在晶須與基體的界面附近存在無析出區(qū)。固溶處理后，ABOw/Al-Cu復合材料界面上粗大的第二相發(fā)生回溶，導致第二相尺寸明顯減小，并引起CuAl2在基體析出。而固溶處理使ABOw/AlO/Al-Cu復合材料界面處第二相尺寸減小，基體內第二相尺寸長大。
　　對于鑄態(tài)ABOw/Al-Cu復合材料，隨Cu含量增加，復合材料的UTS變化較小，但斷裂延伸率明顯降低；對于鑄態(tài)ABOw/AlO/Al-Cu復合材料，涂層增加了