銅涂覆硼酸鋁晶須增強鋁基復合材料組織與性能研究.pdf

1、本文首先采用化學鍍方法在硼酸鋁晶須表面涂覆金屬銅(Cu)涂層，以6061Al合金為基體，利用擠壓鑄造方法制備了晶須體積分數(shù)為20％的硼酸鋁晶須增強鋁基復合材料。用掃描電鏡(SEM)，透射電鏡(TEM)、X射線衍射(XRD)等分析測試手段研究了金屬涂層和復合材料的微觀組織結構；并且用萬能電子拉伸測試機、熱膨脹測試儀、硬度等方法研究了復合材料的力學性能。
　　硼酸鋁晶須因其高強度、高模量、低的熱膨脹系數(shù)等優(yōu)點而被作為增強體制備金屬基復

2、合材料。本文用正交設計法優(yōu)化了硼酸鋁晶須表面化學鍍銅工藝，獲得了Cu包覆硼酸鋁晶須，分析了施鍍參數(shù)與沉積速率之間的關系，并對鍍覆層形貌進行了SEM觀察。結果表明，鍍液的pH值及穩(wěn)定劑的含量對鍍速的影響最為顯著，晶須分散好、鍍層比較均勻。
　　為了評價這種涂覆技術，制備了未涂覆晶須和涂覆晶須增強6061Al復合材料，并且在490℃固溶處理不同的時間。結果發(fā)現(xiàn)，銅涂層的引入改變了晶須增強鋁基復合材料的界面狀態(tài)，固溶處理對涂覆晶須ABO

3、w/Cu/Al復合材料的界面結合狀態(tài)有極為重要的影響。研究表明，在固溶處理過程中CuO與鋁基體之間發(fā)生界面反應，雖然銅涂層不能完全阻止鎂元素從基體向晶須表面的擴散、但是能明顯抑制硼酸鋁晶須和6061Al基體合金之間的界面反應，減少鎂元素的損耗，這對后續(xù)的時效熱處理是有利的。
　　由于銅顆粒在晶須表面上分布的不均勻性，特別是在銅含量最少的1Cu-30ABOw/Al復合材料中使得涂層復合材料中仍然存在MgAl2O4反應，但是反應產(chǎn)物M

4、gAl2O4的尺寸和數(shù)量較小，隨著銅含量的增加，涂層抑制MgAl2O4界面反應的效果更好，在銅含量最高的1Cu-15ABOw/Al和銅含量較高的1Cu-20ABOw/Al復合材料中無論是鑄態(tài)還是固溶態(tài)都沒有發(fā)現(xiàn)MgAl2O4，說明銅含量高的復合材料更容易阻止鎂元素從基體向晶須表面的擴散。
　　在鑄態(tài)條件下晶須表面上的界面相是不同的，對于產(chǎn)物中只含有Cu與Al的界面相而言，復合材料中Cu含量越多，金屬間化合物中Cu就越多。
　

5、　固溶處理對涂覆晶須ABOw/Cu/Al復合材料的抗拉強度有重要影響，但是對不同Cu含量的復合材料的影響規(guī)律又有所不同。在本文中，制備了四種涂覆晶須ABOw/Cu/Al復合材料，銅與硼酸鋁晶須之間的體積比分別為1:15、1:20、1:25和1:30，未涂覆晶須增強鋁基復合材料的抗拉強度隨著固溶處理時間的增加先增加而后急劇降低，用1Cu-15ABOw/Al表示銅與硼酸鋁晶須體積比為1:15時晶須增強6061鋁基復合材料，其他類似。1Cu-

6、15ABOw/Al復合材料的拉伸強度隨著固溶處理時間的延長先大幅度升高后略有下降，1Cu-20ABOw/Al復合材料的拉伸強度隨著固溶處理時間的延長先升高然后又下降，存在一個峰值；1Cu-25ABOw/Al和1Cu-30ABOw/Al兩種復合材料的拉伸強度隨著固溶處理時間的增加先升高而后趨于穩(wěn)定。但是，對于1Cu-30ABOw/Al復合材料而言，不僅僅在鑄態(tài)條件下拉伸強度最高，而且固溶處理后，拉伸強度升高，隨著固溶時間改變小，性能穩(wěn)定，