【摘 要】
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为满足特殊领域对服役材料的性能要求:轻质、高强（＞500 MPa）、高耐磨且具有一定塑性,本文提出了金属颗粒与碳化硅颗粒混杂增强铝基复合材料的设计思路。实验以7075Al合金为基体,以高强韧的TC4（Ti6Al4V）颗粒、AlTiCrNiCu高熵合金（HEA）颗粒和高强高硬的SiC颗粒为增强相,研究复合材料的制备工艺参数、增强相体积分数和颗粒粒径等对其组织、力学性能和摩擦磨损性能的影响,预期获得满
【基金项目】
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广东省重点领域研发计划项目（2020B010186001）； 佛山市核心技术攻关项目（1920001000412）；
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为满足特殊领域对服役材料的性能要求:轻质、高强（＞500 MPa）、高耐磨且具有一定塑性,本文提出了金属颗粒与碳化硅颗粒混杂增强铝基复合材料的设计思路。实验以7075Al合金为基体,以高强韧的TC4（Ti6Al4V）颗粒、AlTiCrNiCu高熵合金（HEA）颗粒和高强高硬的SiC颗粒为增强相,研究复合材料的制备工艺参数、增强相体积分数和颗粒粒径等对其组织、力学性能和摩擦磨损性能的影响,预期获得满足使用性能要求的材料及工艺参数。本文通过压力浸渗制备了SiCp/7075Al、（SiCp+TC4）/7075Al和（SiCp+HEA）/7075Al三种铝基复合材料,系统研究了制备工艺参数（浇注温度、浸渗压力）和增强相体积分数对SiCp/7075Al复合材料的组织与力学性能的影响;重点分析了TC4颗粒和高熵合金（HEA）颗粒的体积分数、粒径大小对金属颗粒混杂增强SiCp/7075Al复合材料的力学性能和摩擦磨损性能的影响。得出如下主要结论:在SiCp/7075Al复合材料的压力浸渗制备过程中,随着浇注温度的升高,复合材料的致密度提高,硬度增大,其抗拉强度和伸长率呈现先增大后减小的趋势;随着浸渗压力的增大,复合材料的致密度、硬度、抗拉强度和伸长率均逐渐增大;随着SiC颗粒体积分数的增加,复合材料的抗拉强度逐渐增大,伸长率先增大后减小。当浇注温度为780℃、浸渗压力为80 MPa、SiC体积分数为40%时,SiCp/7075Al复合材料的抗拉强度为487 MPa,伸长率为0.51%,其综合力学性能最佳。（SiCp+TC4）/7075Al复合材料中,少量细小的TC4颗粒可以有效阻碍裂纹扩展,提高了复合材料的抗拉强度和伸长率。当TC4体积分数为4%,粒径为20μm时,（SiCp+TC4）/7075Al复合材料的抗拉强度达到562 MPa,伸长率为0.81%,均优于SiCp/7075Al复合材料。但是,TC4颗粒降低了复合材料的硬度,使其耐磨损性能下降。在100 N载荷下,（SiCp+TC4）/7075Al复合材料的磨损体积为3.35 mm~3,高于SiCp/7075Al复合材料的2.94 mm~3。（SiCp+HEA）/7075Al复合材料的抗拉强度和伸长率随着HEA颗粒体积分数和粒径的增大逐渐降低。HEA颗粒的断裂韧性高于TC4颗粒,其载荷传递和协同变形效果也更好。当HEA颗粒体积分数为4%,粒径为20μm时,（SiCp+HEA）/7075Al复合材料的抗拉强度为596 MPa,伸长率为0.84%,其综合力学性能优于前两种复合材料。HEA颗粒提高了（SiCp+HEA）/7075Al复合材料的耐磨损性能。正交试验和极差分析结果表明,HEA体积分数对（SiCp+HEA）/7075Al复合材料摩擦系数和磨损体积影响最大,摩擦载荷大小次之,HEA粒径影响最小。当HEA体积分数为4%、粒径为40μm时,复合材料的磨损体积最小,为2.861 mm~3,其耐磨损性能优于前两种复合材料。本文获得了满足使用性能要求的复合材料基体和增强体最佳配比及制备工艺参数:压力浸渗浇注温度为780℃,浸渗压力为80 MPa,HEA颗粒的体积分数为4%,粒径为40μm,此工艺条件下制备的（SiCp+HEA）/7075Al复合材料的综合力学性能最优（抗拉强度达到571 MPa,伸长率达到0.62%,磨损体积为2.861 mm~3）。
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