原位生長(zhǎng)尖晶石晶須增強(qiáng)Al-Mg合金基復(fù)合材料的制備與時(shí)效強(qiáng)化研究.pdf

1、鋁基復(fù)合材料由于其密度低、比強(qiáng)度高、良好的耐磨、耐熱性和尺寸穩(wěn)定性而成為高性能結(jié)構(gòu)材料的重點(diǎn)研究方向,具有廣闊的應(yīng)用前景。MgAl2O4尖晶石晶須具有熔點(diǎn)高、缺陷少、強(qiáng)度高和熱穩(wěn)定性好的特點(diǎn),是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的鋁基復(fù)合材料的增強(qiáng)體。采用有效的工藝方法以實(shí)現(xiàn)MgAl2O4晶須在基體中的均勻分散,是使其發(fā)揮良好性能的關(guān)鍵。本論文以分別以純鋁和鋁合金為基體,探索在基體內(nèi)原位生長(zhǎng)MgAl2O4尖晶石晶須的制備工藝,在此基礎(chǔ)上研究MgAl2O4增強(qiáng)

2、鋁基復(fù)合材料的微觀組織和力學(xué)性能,并初步分析原位合成的MgAl2O4晶須對(duì)復(fù)合材料時(shí)效動(dòng)力學(xué)的影響與強(qiáng)化機(jī)理。
　　以純Al粉、Mg粉為原料,采用化學(xué)反應(yīng)-粉末冶金法在純鋁基體中合成MgAl2O4晶須,通過改變球磨預(yù)處理?xiàng)l件、熱擠壓參數(shù)以及添加氧化硼助熔劑等方式優(yōu)化MgAl2O4/Al復(fù)合材料的制備成型工藝,并研究了不同含量的助熔劑在燒結(jié)過程中對(duì)晶須生成及復(fù)合材料性能的影響。結(jié)果表明,MgAl2O4/Al復(fù)合材料的力學(xué)性能可以通過

3、調(diào)節(jié)球磨與熱擠壓參數(shù)得到優(yōu)化,同時(shí)適量氧化硼的加入能夠提高復(fù)合材料的硬度與壓縮強(qiáng)度,但是不利于抗拉強(qiáng)度與熱穩(wěn)定性的提升。
　　采用原位合成的方法,通過冷壓燒結(jié)-熱擠壓、熱壓燒結(jié)法等不同的燒結(jié)方式,在6061鋁合金基體內(nèi)合成MgAl2O4尖晶石晶須。通過對(duì)生成晶須微觀組織結(jié)構(gòu)的表征與力學(xué)性能的測(cè)試,研究了燒結(jié)條件對(duì)晶須的生成的影響,并探討了復(fù)合材料力學(xué)性能隨晶須含量的變化規(guī)律。結(jié)果表明冷壓燒結(jié)過程中,隨著晶須含量的增加,復(fù)合材料的硬

4、度與抗拉強(qiáng)度逐漸增大,但塑性有所降低;而在熱壓燒結(jié)過程中,分析證明了壓力的存在是晶須生長(zhǎng)的必要條件之一。
　　對(duì)MgAl2O4/6061Al復(fù)合材料進(jìn)行不同溫度與時(shí)間的固溶-時(shí)效處理,研究了復(fù)合材料時(shí)效前后的力學(xué)性能變化,確定了最佳時(shí)效工藝參數(shù);討論了晶須的生長(zhǎng)對(duì)復(fù)合材料時(shí)效動(dòng)力學(xué)的影響。結(jié)果表明,時(shí)效處理后的復(fù)合材料硬度最高可達(dá)到HV195,抗拉強(qiáng)度達(dá)400 MPa。與6061Al合金相比,復(fù)合材料的到達(dá)時(shí)效峰值的時(shí)間明顯縮短,