原位ZrB2np-6063Al復(fù)合材料的制備及高溫蠕變性能研究.pdf

1、鋁合金以其密度小，比強(qiáng)度高、成型性能好的優(yōu)點(diǎn)，在軍事、航空、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域獲得了廣泛的運(yùn)用。然而，鋁合金的高溫強(qiáng)度低、抗蠕變性能差、服役壽命短限制了其在高溫、高載荷等惡劣工況環(huán)境下的應(yīng)用。研究表明在鋁基體中引入增強(qiáng)相，尤其是納米增強(qiáng)相可顯著提高鋁合金的高溫強(qiáng)度和抗蠕變性能。因此，本課題采用原位合成工藝制備納米ZrB2/6063Al復(fù)合材料并系統(tǒng)研究其高溫蠕變特性。
　　本研究基于6063Al-Na2B4O7-K2ZrF6和6063

2、Al-K2ZrF6-KBF4兩種反應(yīng)體系，原位合成ZrB2np/6063Al納米復(fù)合材料。通過(guò)OM、XRD、SEM、TEM等材料分析方法，研究?jī)煞N反應(yīng)體系復(fù)合材料的相組成、凝固組織以及納米增強(qiáng)體顆粒的特征與界面。試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果表明:兩種反應(yīng)體系均可制備獲得納米ZrB2增強(qiáng)體，其中6063Al-Na2B4O7-K2ZrF6體系中，Na2B4O7的熔點(diǎn)高，粘度大，體系反應(yīng)溫度更高，易于造成合金元素的燒損、鋁熔體的吸氣以及氧化夾雜;而6063A

3、l-KBF4-K2ZrF6體系的反應(yīng)物熔點(diǎn)低、流動(dòng)性好、反應(yīng)效率高，使生成的納米增強(qiáng)體更加細(xì)?。╖rB2顆粒尺寸達(dá)到20nm左右）。本文為了研究原位納米鋁基復(fù)合材料的高溫蠕變性能及機(jī)理，最終選擇6063Al-K2ZrF6-KBF4反應(yīng)體系來(lái)制備的ZrB2np/6063Al復(fù)合材料。
　　制備工藝研究表明:引入高能超聲可顯著改善增強(qiáng)顆粒與基體的潤(rùn)濕性，使增強(qiáng)體分散更加均勻。具體表現(xiàn)為，在引入高能超聲后，生成的納米ZrB2顆粒的團(tuán)聚現(xiàn)

4、象顯著減輕，顆粒尺寸和晶粒尺寸減小。
　　室溫力學(xué)性能測(cè)試表明:所制備的原位ZrB2np/6063Al，隨著增強(qiáng)顆粒體積分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度相呈現(xiàn)先增大后減小趨勢(shì)，伸長(zhǎng)率則呈現(xiàn)出減小趨勢(shì)。其中，ZrB2np/6063Al復(fù)合材料的最高抗拉強(qiáng)度為230MPa，比基體提高了28％;經(jīng)過(guò)熱軋和T6熱處理之后，復(fù)合材料的室溫性能進(jìn)一步提高，其中，3vol.％ZrB2np/6063Al復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分別為25

5、5MPa和21％，是未處理復(fù)合材料的1.10和1.23倍。
　　高溫蠕變性能測(cè)試表明:拉伸溫度、載荷應(yīng)力和增強(qiáng)相含量是影響原位復(fù)合材料蠕變特性的三個(gè)主要因素，隨著納米ZrB2顆粒的體積分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合材料的抗蠕變能力隨之提高，具體為門(mén)檻應(yīng)力，蠕變應(yīng)力指數(shù)和表觀激活能均隨著增強(qiáng)體含量的提高而增加。對(duì)復(fù)合材料穩(wěn)態(tài)蠕變速率與外加應(yīng)力進(jìn)行線性回歸擬合，獲得復(fù)合材料的真應(yīng)力指數(shù)為5，表明蠕變機(jī)制符合位錯(cuò)攀移模型，蠕變變形機(jī)制主要是由第二相顆