原位ZrB2np-6063Al復合材料的制備及高溫蠕變性能研究.pdf

1、鋁合金以其密度小，比強度高、成型性能好的優(yōu)點，在軍事、航空、交通運輸等領域獲得了廣泛的運用。然而，鋁合金的高溫強度低、抗蠕變性能差、服役壽命短限制了其在高溫、高載荷等惡劣工況環(huán)境下的應用。研究表明在鋁基體中引入增強相，尤其是納米增強相可顯著提高鋁合金的高溫強度和抗蠕變性能。因此，本課題采用原位合成工藝制備納米ZrB2/6063Al復合材料并系統(tǒng)研究其高溫蠕變特性。
　　本研究基于6063Al-Na2B4O7-K2ZrF6和6063

2、Al-K2ZrF6-KBF4兩種反應體系，原位合成ZrB2np/6063Al納米復合材料。通過OM、XRD、SEM、TEM等材料分析方法，研究兩種反應體系復合材料的相組成、凝固組織以及納米增強體顆粒的特征與界面。試驗對比結果表明:兩種反應體系均可制備獲得納米ZrB2增強體，其中6063Al-Na2B4O7-K2ZrF6體系中，Na2B4O7的熔點高，粘度大，體系反應溫度更高，易于造成合金元素的燒損、鋁熔體的吸氣以及氧化夾雜;而6063A

3、l-KBF4-K2ZrF6體系的反應物熔點低、流動性好、反應效率高，使生成的納米增強體更加細?。╖rB2顆粒尺寸達到20nm左右）。本文為了研究原位納米鋁基復合材料的高溫蠕變性能及機理，最終選擇6063Al-K2ZrF6-KBF4反應體系來制備的ZrB2np/6063Al復合材料。
　　制備工藝研究表明:引入高能超聲可顯著改善增強顆粒與基體的潤濕性，使增強體分散更加均勻。具體表現(xiàn)為，在引入高能超聲后，生成的納米ZrB2顆粒的團聚現(xiàn)

4、象顯著減輕，顆粒尺寸和晶粒尺寸減小。
　　室溫力學性能測試表明:所制備的原位ZrB2np/6063Al，隨著增強顆粒體積分數的增加，復合材料的抗拉強度和屈服強度相呈現(xiàn)先增大后減小趨勢，伸長率則呈現(xiàn)出減小趨勢。其中，ZrB2np/6063Al復合材料的最高抗拉強度為230MPa，比基體提高了28％;經過熱軋和T6熱處理之后，復合材料的室溫性能進一步提高，其中，3vol.％ZrB2np/6063Al復合材料的抗拉強度和伸長率分別為25

5、5MPa和21％，是未處理復合材料的1.10和1.23倍。
　　高溫蠕變性能測試表明:拉伸溫度、載荷應力和增強相含量是影響原位復合材料蠕變特性的三個主要因素，隨著納米ZrB2顆粒的體積分數的增加，復合材料的抗蠕變能力隨之提高，具體為門檻應力，蠕變應力指數和表觀激活能均隨著增強體含量的提高而增加。對復合材料穩(wěn)態(tài)蠕變速率與外加應力進行線性回歸擬合，獲得復合材料的真應力指數為5，表明蠕變機制符合位錯攀移模型，蠕變變形機制主要是由第二相顆