粉末冶金法制備超細(xì)晶AA6063-SiC納米復(fù)合材料的組織結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能的研究.pdf

1、6063鋁合金屬于Al-Mg-Si系合金，由于其具有好的耐腐蝕性能，優(yōu)異的可加工性能以及熱處理性能因而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)界中。在經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)T6處理后，雖然材料具有良好的析出強化效果，但是其強度依然不能令人滿意。本研究通過粉末冶金工藝制備出結(jié)合晶界強化與顆粒彌散強化的SiC納米顆粒增強超細(xì)晶6063鋁合金基納米復(fù)合材料，并研究其顯微組織結(jié)構(gòu)，力學(xué)性能和斷裂行為。
　　研究主要從以下幾方面開展：(1) AA6063碎屑/AA6063-Si

2、C納米復(fù)合材料粉末在高能球磨過程中組織結(jié)構(gòu)的演變；(2) SiC含量對超細(xì)晶AA6063-SiC納米復(fù)合材料的組織結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能的影響；(3)不同熱機械固結(jié)方式制備的材料的顯微組織，力學(xué)性能和斷裂行為；(4)超細(xì)晶納米復(fù)合材料在熱加工/熱處理過程中的晶粒長大與再結(jié)晶行為；(5)超細(xì)晶AA6063-SiC納米復(fù)合材料的沉淀相析出行為。
　　AA6063碎屑在高能球磨過程中，隨著球磨時間增加，晶粒尺寸不斷減小，當(dāng)?shù)竭_臨界球磨時間后，晶

3、粒尺寸減小與晶格應(yīng)變增加的趨勢趨于平緩。受到冷焊與斷裂的作用，機加工碎屑的形貌變化為扁平化-細(xì)小片狀粉末-近球型。SiC含量的增加，加速了球磨粉末顆粒達到平衡狀態(tài)的時間，細(xì)化了粉末顆粒尺寸。球磨時間的增加，粉末硬度不斷增加，雜質(zhì)含量提高產(chǎn)生的固溶強化與晶粒細(xì)化產(chǎn)生的晶界強化是造成材料硬度增加的主要原因。
　　通過高能球磨與機械熱固結(jié)的方法制備出超細(xì)晶 AA6063-(1,5,10)vol.%SiC納米復(fù)合材料。隨著 SiC納米顆粒

4、的含量從1vol.%增加到10vol.%，對應(yīng)超細(xì)晶納米復(fù)合材料的屈服強度和抗拉強度從296 MPa和343 MPa增加到545 MPa和603 MPa，延伸率從10%減少到2.3%。隨著SiC含量的提高，其對在材料熱機械固結(jié)過程中的晶界遷移的抑制作用更加顯著。通過比較強化機制在材料中的增強作用發(fā)現(xiàn)，隨著SiC含量的增加，納米顆粒強化與晶界強化效果都明顯提升，但是晶界強化所提供的強化效果最多。不同SiC含量的超細(xì)晶納米復(fù)合材料在拉伸過程

5、中出現(xiàn)了不同的斷裂模式，說明強度提高，材料對缺陷的敏感性更高。
　　SPS固結(jié)與500℃熱擠壓的超細(xì)晶 AA6063-5vol.%SiC納米復(fù)合材料的屈服強度和抗拉強度為445MPa與496 MPa，并且延伸率為4.4%。室溫壓制與500℃熱擠壓的材料的屈服強度和抗拉強度分別為432 MPa和524 MPa，而其延伸率只有2.1%。結(jié)構(gòu)表征說明，通過SPS的方法對材料進行預(yù)固結(jié)并不會促使晶粒發(fā)生明顯長大。AA6063-5vol.%

6、SiC納米復(fù)合材料粉末在熱擠壓的過程中發(fā)生明顯的再結(jié)晶與晶粒長大。室溫壓制樣品的擠壓溫度從500℃增加到550℃，晶粒尺寸由276 nm長大到627 nm，其屈服強度和抗拉強度由432 MPa降低為253 MPa，延伸率則明顯增加，從2.1%增加到8.3%。
　　通過比較球磨狀態(tài)，SPS狀態(tài)，熱處理狀態(tài)以及熱擠壓狀態(tài)下材料的組織結(jié)構(gòu)演變后，發(fā)現(xiàn)SPS固結(jié)后的材料經(jīng)過熱處理和熱擠壓，晶粒發(fā)生不同程度的長大。經(jīng)過結(jié)構(gòu)表征發(fā)現(xiàn)，SPS后

7、晶粒發(fā)生快速長大，熱處理后晶粒發(fā)生回復(fù)與小幅度增長，而熱擠壓后晶粒發(fā)生明顯的再結(jié)晶與晶粒長大。熱擠壓后，SiC顆粒發(fā)生聚集，基體中出現(xiàn)小晶粒團簇區(qū)。這種組織結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生是由熱擠壓過程中的不均勻塑性流變導(dǎo)致的晶界對納米SiC顆粒的拖拽以及不同大小晶粒塑性流變的抵抗作用不同造成。
　　與粗晶AA6063不同，在時效處理過程中，超細(xì)晶6063-5vol.%SiC納米復(fù)合材料沒有明顯的時效硬化現(xiàn)象。一方面，沿Al{111}面生長的片狀GP區(qū)