热挤压制备SiCp/Al复合材料及其力学性能研究

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SiCp/Al复合材料具有高比强度和高比刚度、耐磨、低热膨胀系数、低密度、良好的尺寸稳定性和导热性,在航空航天、军事及汽车领域得到一定的应用。本文采用粉末冶金与热挤压结合的方法,以10μm纯Al粉为基体,以经过高温氧化-酸洗表面处理的不同尺寸(1.5、6、10、14μm)SiC颗粒为增强体,在410℃下以17.4的挤压比制备了体积分数为0%、2.5%、5%、7.5%和10%的SiCp/Al复合材料。研究了SiC颗粒的表面状态、体积分数及颗粒尺寸对SiCp/Al复合材料的微观组织结构、拉伸性能、硬度及摩擦磨损性能的影响规律,探讨了SiCp/Al复合材料的强化机制、断裂机制及摩擦磨损机理。  研究结果表明,对SiC颗粒进行高温氧化-酸洗表面处理,有效钝化了颗粒棱角、减少了表面缺陷,改善了颗粒的分散性;热挤压所制备的SiCp/Al复合材料微观组织致密、无明显疏松孔隙等缺陷,界面结合紧密,颗粒分布均匀。挤压有效提高了复合材料致密度和硬度。  1.5μm小尺寸SiC颗粒增强的SiCp/Al复合材料,其屈服强度、抗拉强度及硬度均随着SiC颗粒体积分数的增加而增大,而伸长率则呈现出相反的趋势。相同体积分数下,随着SiC颗粒尺寸的增大,屈服强度、抗拉强度及伸长率逐渐降低,硬度的变化并不明显。SiCp/Al复合材料强化既有微观力学强化机制,又有微观结构强化机制;断裂为基体塑性断裂、界面塑性撕裂和大尺寸SiC颗粒脆性断裂的混合断裂机制。  摩擦磨损研究表明,SiC颗粒的引入显著改善了SiCp/Al复合材料的耐磨性。SiC颗粒表面状态、SiC颗粒含量、载荷和摩擦速度对SiCp/Al复合材料摩擦磨损性能影响较为明显,而SiC颗粒尺寸的影响相对较弱。复合材料摩擦生成机理主要为粘着和犁沟;磨损机制主要为磨粒磨损、粘着磨损、剥层磨损和氧化磨损。
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