SiCp-2024Al復(fù)合材料界面特性及析出相演變規(guī)律.pdf

1、本文采用真空熱壓燒結(jié)制備了體積分?jǐn)?shù)為35％，顆粒尺寸為15μm的SiCp/2024Al復(fù)合材料。利用掃描電鏡（SEM）、X射線衍射分析（XRD）、透射電鏡（TEM）、高分辨透射電鏡（ HRTEM）、拉伸試驗(yàn)機(jī)等設(shè)備，詳細(xì)表征了復(fù)合材料中增強(qiáng)體SiC與基體Al之間的界面形貌、位向關(guān)系和結(jié)合機(jī)制等界面特性，探討和定量描述了熱處理過(guò)程中復(fù)合材料析出相的尺寸、數(shù)量、結(jié)構(gòu)、界面等的演變規(guī)律。進(jìn)而綜合考慮復(fù)合材料的各種強(qiáng)化機(jī)制協(xié)同作用，從微觀組織-

2、宏觀性能的角度出發(fā)，建立了適用于本試驗(yàn)復(fù)合材料的強(qiáng)度量化綜合模型。結(jié)果表明：本試驗(yàn)所制得復(fù)合材料中SiC顆粒分布均勻，SiC和Al界面光滑平直。復(fù)合材料中SiCp/Al界面整體結(jié)合良好，具有三種類型：包括大部分干凈界面，少量輕微反應(yīng)型界面以及極少量的非晶層界面。在干凈界面中， SiC和Al沒(méi)有固定或擇優(yōu)的取向關(guān)系。SiC和Al的結(jié)合機(jī)制為緊密原子匹配形成的半共格界面。在輕微反應(yīng)型界面中， MgAl2O4尖晶石與SiC和Al均形成半共格界

3、面，作為中間媒介很好地連接了SiC和Al。對(duì)熱處理過(guò)程中復(fù)合材料析出相的演變規(guī)律研究表明：采用580℃真空熱壓燒結(jié)制備的 SiCp/2024Al復(fù)合材料存在許多粗大析出相顆粒，例如 Al4Cu9， Al2Cu，Al5Cu6Mg2，Al7Cu2Fe。隨著固溶溫度從490℃提高到510℃，基體中粗大析出相逐漸回溶到基體中，當(dāng)固溶溫度達(dá)到510℃時(shí)，幾乎所有的粗大第二相顆?；厝艿交w中，除了極少量的未溶相Al7Cu2Fe。經(jīng)510℃固溶后的復(fù)

4、合材料在190℃時(shí)效下，隨著時(shí)效時(shí)間的增長(zhǎng)，盤片狀沉淀相（Al2Cu）和棒針狀沉淀相（Al2CuMg）的直徑和長(zhǎng)度逐漸增加，沉淀相的數(shù)量先增大后減小，沉淀相與基體的界面轉(zhuǎn)變規(guī)律為：共格界面→半共格界面→不共格界面?；谖龀鰺崃W(xué)和長(zhǎng)大動(dòng)力學(xué)建立的定量模型表明盤片狀沉淀相的直徑和棒針狀沉淀相的長(zhǎng)度與時(shí)效時(shí)間的1/2次方成線性變化關(guān)系，而體積分?jǐn)?shù)則與時(shí)效時(shí)間的5/2次方成線性關(guān)系。該模型能較準(zhǔn)確描述欠時(shí)效和峰時(shí)效的沉淀相演變規(guī)律。對(duì)復(fù)合材料

5、強(qiáng)度量化綜合模型的研究表明：熱壓態(tài)SiCp/2024Al復(fù)合材料的主要強(qiáng)化是由載荷傳遞、細(xì)晶強(qiáng)化、熱錯(cuò)配強(qiáng)化引起的，而粗大析出相彌散強(qiáng)化和SiC顆粒的Orowan強(qiáng)化對(duì)復(fù)合材料的強(qiáng)度貢獻(xiàn)值較小。時(shí)效態(tài)SiCp/2024Al復(fù)合材料的主要強(qiáng)化機(jī)制除了載荷傳遞、細(xì)晶強(qiáng)化、熱錯(cuò)配強(qiáng)化之外，納米相沉淀強(qiáng)化對(duì)復(fù)合材料強(qiáng)化的貢獻(xiàn)值較大。隨著時(shí)效時(shí)間的增加，盤片狀θ相和棒針狀S相引起的強(qiáng)度增量都是先增加后減小，盤片狀θ相引起的強(qiáng)度增量在時(shí)效時(shí)間為13