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

1、本文通過壓力浸滲法制備了體積分?jǐn)?shù)為30％,顆粒粒徑分別為150nm和5.5μm的SiC顆粒增強(qiáng)2024鋁復(fù)合材料。通過對(duì)比兩種材料的顯微組織、時(shí)效行為、力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性的不同,研究了當(dāng)顆粒粒徑接近納米尺度時(shí)產(chǎn)生的效應(yīng),分析了亞微米顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料與微米級(jí)顆粒復(fù)合材料的不同的顯微組織形成機(jī)理和尺寸穩(wěn)定化機(jī)制。
　　對(duì)兩種復(fù)合材料的時(shí)效行為研究表明:150nmSiCp/2024Al復(fù)合材料和5.5μmSiCp/2024Al復(fù)合材料

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

3、m以上,形狀為條狀。
　　兩種復(fù)合材料的顯微組織差別很大。150nmSiCp/2024Al復(fù)合材料中幾乎難以發(fā)現(xiàn)線形位錯(cuò),而在5.5μmSiCp/2024Al復(fù)合材料的顆粒周圍能夠看到大量纏結(jié)的位錯(cuò)。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(huì)吸附大量的淬火空位,使得初始的位錯(cuò)環(huán)很難形成,并且150nmSiCp/2024Al復(fù)合材料顆粒間距僅為70納米,位錯(cuò)的增值十分困難;另一方面,因?yàn)殡S著顆粒粒徑的減小,復(fù)合材

4、料的熱錯(cuò)配應(yīng)力減小,當(dāng)顆粒粒徑減小到一定范圍時(shí),熱錯(cuò)配應(yīng)力不足以使基體發(fā)生塑形變形,位錯(cuò)難以形成。這使得位錯(cuò)耗竭理論、冷熱循環(huán)機(jī)理等與位錯(cuò)相關(guān)的機(jī)制機(jī)理不能來解釋150nmSiCp/2024Al復(fù)合材料的性能。
　　150nmSiCp/2024Al復(fù)合材料界面結(jié)合良好,無反應(yīng)產(chǎn)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(guān)系。在150nmSiCp/2024A

5、l復(fù)合材料界面處吸附了大量空位。
　　150nmSiCp/2024Al和5.5μmSiCp/2024Al復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度相差不大,但是150nmSiCp/2024Al復(fù)合材料具有更高的微屈服強(qiáng)度。這是因?yàn)橛捎陬w粒的尺寸效應(yīng),150nmSiCp/2024Al材料基體中線性位錯(cuò)密度很低,從而使基體中的位錯(cuò)開動(dòng)困難,同時(shí)亞微米顆粒對(duì)顆粒的釘扎作用也更強(qiáng),使得其微屈服強(qiáng)度更高。150nmSiCp/2024Al復(fù)合材料冷熱沖擊下,尺寸穩(wěn)定