B4C/6061Al复合材料板材的制备及性能研究

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铝基复合材料在航空航天、动车、军事尖端材料及民用领域有广泛的应用前景。粉末冶金技术是制造此类材料常用方法之一。相比研究较多的SiC陶瓷,B4C的密度更低(2.5g/cm3)、硬度更高(仅次于金刚石与立方氮化硼),且具有良好的中子吸收能力。采取合适工艺制备出的铝基B4C复合材料,具有更高的比强度,耐磨性,并且具备中子吸收能力,是集结构与功能一体化的复合材料。本文对粉末冶金法制备B4C/6061A1复合材料的热压、轧制工艺进行了探索,分析了表而裂纹、边裂、分层、中间开裂等轧制缺陷的产生原因。利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射、能谱分析等对B4C/6061A1复合材料板材的组织和断口形貌进行观察和分析。在颗粒增强相B4C质量分数相同的情况下,研究颗粒尺寸对B4C/6061A1复合材料轧制板材抗拉强度的影响。主要研究结果表明:1.对铝套内的预压坯料在400℃下抽真空,600℃下进行热压,成功制备了B4C含量为30wt%,尺寸为240×300×30mm3的方形坯料,且制备的复合材料坯料组织均匀,B4C颗粒均匀分布于基体内。2.30wt%B4C/6061A1板材轧制试验表明,初轧时应尽量进行交义轧制,然后再进行单向轧制,开轧温度为450℃,终轧温度为370℃。前三道次的压下量在10%~15%之间,,中间道次的压下量为20%~25%,在复合材料的变形程度大于70%后,复合材料致密度达到99.39%,进一步轧制不会使致密度发生变化。3. B4C/6061A1复合材料板材经轧制后,组织均匀,基体内出现破碎的B4C颗粒,颗粒尺寸减小,颗粒尖角呈钝化趋势。随着轧制变形量的增加,复合材料内部孔隙的愈合变得明显,宏观表现为致密度增加。复合材料的致密度与其在板材中的分布位置有关,中间试样密度稍大,板材边缘试样密度略小4.在研究6061铝合金基体中B4C的分布及界面结合的特点和强化机制的基础上,比较了不同粒度的B4C对复合材料力学性能的影响,结果表明:随着B4C颗粒尺寸的减小,板材相对密度降低,抗拉强度逐渐增加,当加入颗粒尺度不一的混合型B4C颗粒时,试件中的缺陷明显减少,相对密度显著提高,抗拉强度相对单一B4C粒度制备的复合材料提高18%;复合材料板材轧制方向和横向方向的试件拉伸试验表明,试样的纵向抗拉强度比横向提高15%。对横向试件与纵向试件的拉伸断口进行分析可知,两者既存在B4C颗粒的断裂与基体的脱粘,也存在铝基体的变形和撕裂,但纵向试件断口处的界面脱粘要明显少于横向试件。
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