亞微米SiCp-2024Al復合材料顯微組織特征及尺寸穩(wěn)定化機理研究.pdf

1、本文通過壓力浸滲法制備了體積分數(shù)為30％,顆粒粒徑分別為150nm和5.5μm的SiC顆粒增強2024鋁復合材料。通過對比兩種材料的顯微組織、時效行為、力學性能和尺寸穩(wěn)定性的不同,研究了當顆粒粒徑接近納米尺度時產生的效應,分析了亞微米顆粒增強復合材料與微米級顆粒復合材料的不同的顯微組織形成機理和尺寸穩(wěn)定化機制。
　　對兩種復合材料的時效行為研究表明:150nmSiCp/2024Al復合材料和5.5μmSiCp/2024Al復合材料

2、在160℃時效10小時達到峰時效,硬度分別為371HB和255HB。150nmSiCp/2024Al的峰時效硬度比5.5μmSiCp/2024Al復合材料提高了45%。微米級顆粒加速了2024鋁合金的時效析出,而亞微米顆粒使基體合金的時效析出稍有滯后。兩種復合材料的析出相尺寸和形狀相差很大。150nmSiCp/2024Al復合材料的析出相尺寸僅在幾個納米左右,并且形狀為點狀;而5.5μmSiCp/2024Al復合材料的析出相則為100n

3、m以上,形狀為條狀。
　　兩種復合材料的顯微組織差別很大。150nmSiCp/2024Al復合材料中幾乎難以發(fā)現(xiàn)線形位錯,而在5.5μmSiCp/2024Al復合材料的顆粒周圍能夠看到大量纏結的位錯。這一方面是由于顆粒粒徑小,表面活性較大,材料在鑄造過程中顆粒會吸附大量的淬火空位,使得初始的位錯環(huán)很難形成,并且150nmSiCp/2024Al復合材料顆粒間距僅為70納米,位錯的增值十分困難;另一方面,因為隨著顆粒粒徑的減小,復合材

4、料的熱錯配應力減小,當顆粒粒徑減小到一定范圍時,熱錯配應力不足以使基體發(fā)生塑形變形,位錯難以形成。這使得位錯耗竭理論、冷熱循環(huán)機理等與位錯相關的機制機理不能來解釋150nmSiCp/2024Al復合材料的性能。
　　150nmSiCp/2024Al復合材料界面結合良好,無反應產物,基體的密排面(111)幾乎都是垂直于SiC顆粒的界面的。亞微米SiC顆粒的(002)面與基體的(111)面是半共格關系。在150nmSiCp/2024A

5、l復合材料界面處吸附了大量空位。
　　150nmSiCp/2024Al和5.5μmSiCp/2024Al復合材料的抗彎強度相差不大,但是150nmSiCp/2024Al復合材料具有更高的微屈服強度。這是因為由于顆粒的尺寸效應,150nmSiCp/2024Al材料基體中線性位錯密度很低,從而使基體中的位錯開動困難,同時亞微米顆粒對顆粒的釘扎作用也更強,使得其微屈服強度更高。150nmSiCp/2024Al復合材料冷熱沖擊下,尺寸穩(wěn)定