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增強顆粒尺寸對B4C/Al-Zn-Mg-Cu復合材料微觀組織及力學性能的影響

1223   編輯：中冶有色網   來源：謝東航,潘冉,朱士澤,王東,劉振宇,昝宇寧,肖伯律,馬宗義  
2024-04-19 13:56:18
以鋁及其合金為基體、以高性能陶瓷顆粒為增強相的顆粒增強鋁基復合材料，具有高比強度、高比模量、低熱膨脹、耐疲勞、耐磨損等性能優勢，在航空航天、國防、交通運輸等領域的應用有不可替代的優勢[1,2] 當前比較成熟的鋁基復合材料多以Al-Cu-Mg和Al-Mg-Si系合金為基體[3,4]，其強度較低 Al-Zn-Mg-Cu系合金是鋁合金中室溫強度最高的體系[5,6]，以其作為復合材料基體有望使復合材料的強度更高 在陶瓷顆粒中SiC顆粒具有優異的力學性能、穩定的化學性質和較低的成本，是鋁基復合材料常用的增強相 因此，碳化硅增強鋁基復合材料(SiC/Al)成為承載結構中應用最廣的一類鋁基復合材料 但是，以Al-Zn-Mg-Cu合金為基體的復合材料其SiC顆粒的強化效果并不理想，且其強塑性匹配較差 Ravi等[7]用攪拌鑄造法制備的SiC/Al-Zn-Mg-Cu復合材料，與基體合金相比強度下降約20% Kulkarni等[8]用擠壓鑄造法制備的SiC/Al-Zn-Mg-Cu復合材料，強度與基體合金基本持平 Manoharan等[9]和Ma等[10]發現，用粉末冶金法制備的SiC/Al-Zn-Mg-Cu復合材料強度比基體合金分別下降9%和6% 在SiC/Al-Zn-Mg-Cu復合材料中，除了增強相的強化作用，基體合金對材料的強度也有較大的貢獻 Al-Zn-Mg-Cu合金的主要強化相為細小且分布均勻的亞穩相，如η'相、GP區等，這些亞穩相對合金元素的含量十分敏感 在制備SiC/Al-Zn-Mg-Cu復合材料的過程中，鋁基體中的Mg元素與SiC顆粒表面的SiO2、游離Si等雜質反應，使基體合金中Mg元素消耗和偏聚，影響鋁基復合材料基體的時效行為，使增強相顆粒的強化效果不顯著[11] 為此，必須尋找與Al-Zn-Mg-Cu基體界面不發生嚴重反應的增強顆粒 有研究[12]表明，酸洗的B4C顆粒與熔融2014Al之間沒有界面反應 Esther等[13]用攪拌鑄造法制備亞微米以及納米B4C增強2124Al時，也得到類似的結論 Li等[14]用粉末冶金法制備B4C/6061Al復合材料時發現，B4C顆粒在熱壓溫度低于600℃時反應并不明顯，反應產物更傾向存在于基體合金中 Gao等[15]采用粉末冶金法制備B4C/6061Al復合材料也得到類似的結論，只有熱壓溫度達到600℃時B4C與鋁基
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鋁基復合材料 復合材料
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