Al18B4O33w增強(qiáng)Al-Mg及Al-Cu基復(fù)合材料的界面調(diào)控及力學(xué)行為.pdf

1、本文針對(duì)硼酸鋁晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料界面反應(yīng)嚴(yán)重及力學(xué)性能偏低這一問(wèn)題，提出了采用水熱合成法在增強(qiáng)體表面涂覆Al2O3及采用基體合金化等手段，抑制界面反應(yīng)，調(diào)控界面狀態(tài)，以提高界面結(jié)合強(qiáng)度，達(dá)到提高復(fù)合材料力學(xué)性能的目的。采用擠壓鑄造法制備了涂覆（或無(wú)涂覆）硼酸鋁晶須增強(qiáng)Al-Mg及Al-Cu復(fù)合材料，并對(duì)所制備的復(fù)合材料進(jìn)行了熱處理。
　　XRD測(cè)試結(jié)果表明水熱涂覆后，獲得的前驅(qū)體為勃姆石AlO(OH)，在900℃煅燒1h后，Al

2、O(OH)相消失，出現(xiàn)新相γ-Al2O3。DSC-TG測(cè)試結(jié)果表明前驅(qū)體AlO(OH)在482℃時(shí)發(fā)生分解。
　　研究發(fā)現(xiàn)，Mg含量顯著影響ABOw/Al-Mg復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)。隨著Mg含量的增加，界面反應(yīng)產(chǎn)物逐漸由MgAl2O4相演變成MgAl2O4+MgO以及MgO相。當(dāng)鎂含量較低時(shí)，由于晶須損傷嚴(yán)重，復(fù)合材料的力學(xué)性能極差。隨著Mg含量增加，復(fù)合材料的界面狀態(tài)得以改善，相應(yīng)的力學(xué)性能隨之提高，當(dāng)Mg含量為10％時(shí)，復(fù)合材料

3、的抗拉強(qiáng)度達(dá)到最高值540MPa。
　　晶須表面Al2O3涂層的存在不僅有效地降低了復(fù)合材料中晶須與基體中Mg之間的界面反應(yīng)程度，而且改變了復(fù)合材料界面組織結(jié)構(gòu)。當(dāng)基體中的Mg含量為6.8%時(shí)，在ABOw/Al-Mg復(fù)合材料中界面相為MgO和MgAl2O4相，而在ABOw/AlO/Al-Mg復(fù)合材料中界面上僅有MgO相。此外，Al2O3涂層含量對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能有顯著影響。隨著Al2O3涂層含量的增加，復(fù)合材料的UTS和δ先增加

4、后下降。當(dāng)Al2O3涂層含量為1.36%時(shí)，ABOw/Al-Mg復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度可達(dá)490MPa。
　　熱處理強(qiáng)烈地影響復(fù)合材料的微觀組織結(jié)構(gòu)（界面相、基體位錯(cuò)組態(tài)以及析出相）以及復(fù)合材料的力學(xué)性能。320℃保溫處理對(duì)ABOw/Al-Mg復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)未產(chǎn)生影響，但顯著影響ABOw/AlO/Al-Mg的界面結(jié)構(gòu)。在320℃保溫20h后，由于基體中的Mg與Al2O3涂層反應(yīng)導(dǎo)致ABOw/AlO/Al-Mg復(fù)合材料的界面處產(chǎn)生新

5、相MgAl2O4。
　　研究還發(fā)現(xiàn)，在Al-Cu基復(fù)合材料中，ABOw與基體不發(fā)生界面反應(yīng)，但在界面或基體中有第二相(CuAl2)析出。隨著Cu含量增加，Al-Cu基復(fù)合材料界面上第二相的尺寸和數(shù)量增加。晶須表面涂層的存在改變了第二相在界面及基體中的分布狀態(tài)。CuAl2僅在鑄態(tài)ABOw/Al-Cu復(fù)合材料的界面處偏聚，并未在基體中析出；CuAl2不僅在鑄態(tài)ABOw/AlO/Al-Cu復(fù)合材料的界面上析出，而且在基體中析出，當(dāng)界面及

6、基體中均存在析出相時(shí)，在晶須與基體的界面附近存在無(wú)析出區(qū)。固溶處理后，ABOw/Al-Cu復(fù)合材料界面上粗大的第二相發(fā)生回溶，導(dǎo)致第二相尺寸明顯減小，并引起CuAl2在基體析出。而固溶處理使ABOw/AlO/Al-Cu復(fù)合材料界面處第二相尺寸減小，基體內(nèi)第二相尺寸長(zhǎng)大。
　　對(duì)于鑄態(tài)ABOw/Al-Cu復(fù)合材料，隨Cu含量增加，復(fù)合材料的UTS變化較小，但斷裂延伸率明顯降低；對(duì)于鑄態(tài)ABOw/AlO/Al-Cu復(fù)合材料，涂層增加了