SiC-,P--Al復(fù)合材料制備工藝和微結(jié)構(gòu)及性能研究.pdf

1、本文采用粉末冶金法，通過SiC顆粒表面處理和成形參數(shù)和熱處理工藝控制基體組織和界面結(jié)合，制備SiCp/6066A1復(fù)合材料。使用金相顯微鏡(OM)、X-射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)及高分辨電鏡(HREM)等儀器和選區(qū)電子衍射(SAED)、能量散射譜(EDS)、拉伸試驗(yàn)、和動(dòng)態(tài)機(jī)械分析(DMA)等方法系統(tǒng)研究SiCp/6066A1復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)和機(jī)理；實(shí)驗(yàn)結(jié)合理論模型研究SiCp/6066A1復(fù)

2、合材料熱處理規(guī)律、變形行為、阻尼機(jī)制和界面特征對(duì)性能的影響規(guī)律。研究工作及主要結(jié)果有以下： (1)首次綜合采用氧化酸洗+堿洗工藝對(duì)SiC顆粒進(jìn)行表面處理與優(yōu)化成型溫度相結(jié)合，探求有利于提高復(fù)合材料界面結(jié)合的工藝方案和機(jī)理，并獲得成型參數(shù)搭配影響復(fù)合材料力學(xué)性能的新規(guī)律，確立了SiCP/6066Al復(fù)合材料的表面處理、成型參數(shù)和界面控制的工藝技術(shù)，并制備出綜合性能高的SiCp/6066Al復(fù)合材料(①10％SiCp/6066Al：

3、σ0.2～387 MPa,σb～484 MPa.，δ5～7.2％，E～88.6 GPa；②12％SiCp/6066A1:σ0.2～425MPa,σb～524MPa.，δ5～6.5％，E～92.7GPa；③15％SiCp/6066A1：σ0.2～461MPa,σb～537MPa.，δ5～5.5％，E～96.8 GPa。) (2)設(shè)計(jì)四因素多水平試驗(yàn)并建立了數(shù)理統(tǒng)計(jì)模型，分析熱處理的微觀機(jī)制，探明了熱處理工藝參數(shù)影響SiCp/606

4、6Al復(fù)合材料強(qiáng)度性能的規(guī)律，并得到合理的熱處理工藝參數(shù)(10％SiCp/6066A1： 535℃/90 min固溶，室溫水淬，170℃/7h時(shí)效；12％SiCp/6066Al:530℃/90 min固溶，室溫水淬，170℃/6h時(shí)效；15％SiCP/6066Al:525℃/90 min固溶，室溫水淬，170℃/5h時(shí)效。 (3)微結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)制備的SiCP/6066Al復(fù)合材料基體中分布有顆粒狀的彌散相(Fe,Mn,Cu)

5、3Si2Al15(bcc結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)a=1.28 nm，尺寸100-500 nm)并對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有釘扎作用。探明了SiC顆粒原態(tài)及表面處理后SiCp/6066Al復(fù)合材料中界面的結(jié)構(gòu)和結(jié)合形式，確立了控制良好SiC/Al界面結(jié)合的工藝方案。通過修正等效介質(zhì)模型，研究顯微組織變化對(duì)SiCp/6066Al復(fù)合材料變形行為的影響及機(jī)理，探明了SiCp/6066A1復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)制與斷裂模式。 (4)通過動(dòng)態(tài)試驗(yàn)檢測(cè)和數(shù)學(xué)模型，證實(shí)S

6、iCp/6066Al復(fù)合材料低溫內(nèi)耗以位錯(cuò)阻尼為主，高溫以界面阻尼和晶界阻尼為主，三者間的相互疊加構(gòu)成復(fù)合材料整個(gè)內(nèi)耗行為；對(duì)應(yīng)于內(nèi)耗平臺(tái)出現(xiàn)的溫度范圍，動(dòng)態(tài)模量出現(xiàn)快速的下降，馳豫是一個(gè)多步的過程；證實(shí)了SiCp/6066A1復(fù)合材料內(nèi)耗對(duì)溫度和頻率的依賴關(guān)系和內(nèi)耗峰的物理形成機(jī)制。12％SiCp/6066A1復(fù)合材料中位錯(cuò)內(nèi)耗激活能約為1.2 eV，晶界內(nèi)耗激活能約為1.57 eV；其阻尼能力達(dá)到10-2量級(jí)并且能在高溫(<400℃

7、)時(shí)保持較高的模量。 (5)修正并建立含界面特征(不同界面厚度和“界面結(jié)合強(qiáng)度”)的等效體模型，理論結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究不同SiC/A1界面特征對(duì)SiCP/A1復(fù)合材料性能的影響程度，確立了SiCp/A1復(fù)合材料性能(彈性模量、界面阻尼和屈服強(qiáng)度)對(duì)SiC/A1界面特征的依賴規(guī)律，形成生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)中控制界面的科學(xué)理論根據(jù)。 SiC顆粒表面狀態(tài)和成型參數(shù)對(duì)SiCp/A1復(fù)合材料性能和界面結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律、SiCp/A1復(fù)合材料熱處理規(guī)律