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复合材料因其基体和增强体不同,可表现出不同的性能,具有广泛的应用空间,因此深受科研学者的关注。B4CP/Al复合材料强度高,密度小,同时能吸收中子,因此在交通运输、国防工业、核废料运输与储存等领域具有极为重要的地位。本文通过粉末冶金方法,以课题组自主设计制备的Al-Zn-Mg-Cu系合金粉末为基体,以粒径为1μm的B4CP作为增强体,成功设计制备出了强度为1172 MPa的超高强度B4CP/Al复合材料,并通过SEM、OM和XRD等设备对球磨混粉、氩气保护烧结/热等静压烧结、热挤压、固溶时效等制备加工工艺和材料组织性能进行了研究。具体研究内容及研究结果如下:(1)设计了B4CP/Al复合材料的增强体系,并对其制备工艺进行了研究。研究表明,湿磨增强体(B4CP、TiP)—混合湿磨增强体颗粒和基体—干磨混合粉末的球磨方法得到的复合粉末中增强体分散均匀。当烧结温度低于750℃时,随着烧结温度升高,材料Zn元素含量下降,致密度、硬度增加,当烧结温度大于800℃时,复合材料Zn含量、硬度以及致密度剧烈下降。两次高温烧结(950℃)复合材料硬度最大为206.93HV。超过两次高温烧结后,复合材料表面氧化层被破坏,材料硬度下降,四次高温烧结后,材料疏松,表面为大量富Al相,材料硬度下降到86.94HV。(2)研究了二次氩气保护烧结对B4CP/Al复合材料组织性能影响。研究表明,低温预烧能提高复合材料硬度,在复烧温度为950℃时,随着预烧温度的升高,复合材料致密度逐渐降低,材料硬度先上升后下降,当预烧温度为640℃时,材料硬度最大为192.81HV,致密度为82.04%。对于二次氩气保护烧结制备B4CP/Al复合材料,在640℃预烧时,提高复烧温度,材料致密度和Zn含量降低,材料硬度先下降后上升。当复烧温度为750℃时,材料综合性能最优,此时硬度为208.34HV,致密度为87.41%,Zn元素含量为8.59 wt.%。对于经过二次氩气保护烧结(640℃预烧结+950℃复烧结)—热挤压制备的铝基复合材料,随着退火温度、时间的增加,材料硬度和抗压强度降低。经过200℃×2h退火后,复合材料硬度、抗压强度和断裂应变分别为293.9 HV、984.04 MPa和7.31%。(3)研究了固溶时效工艺对二次氩气保护烧结铝基复合材料(640℃预烧结+750℃复烧)挤压材组织性能的影响。研究表明,升高固溶温度,材料导电率下降,断裂应变增加。475℃固溶时,材料导电率为14.26%IACS,断裂应变为6.9%。485℃固溶时,材料部分组织发生过烧,此时硬度和抗压强度分别为278.86HV和818.06 MPa。经过热挤压—G1固溶(455℃×2h+465℃×2h+475℃×2h)—T6-1(121℃×5h)时效后,综合力学性能最好,此时材料硬度为337.93 HV、导电率为13.14%IACS、抗压强度为1172.41 MPa、断裂应变为7.54%。(4)研究了热等静压制备的烧结态B4CP/Al复合材料组织性能,并对其固溶时效工艺进行了探索。研究表明,热等静压制备的烧结态铝基复合材料经过S1(455℃×2h+465℃×2h)固溶后硬度、抗压强度分别为287.08 HV和536.85MPa。延长时效时间,复合材料硬度和抗压强度升高,在A2时效(121℃×3.5h(水淬)+65℃×48h+121℃×1.5h)时,材料综合性能最好,此时材料硬度和抗压强度分别为308.26 HV和716.49 MPa。铝基复合材料经S2固溶(455℃×2h+465℃×2h+475℃×2h)后,延长时效时间,电导率和断裂应变下降,材料硬度和强度先升高再降低,复合材料经过A3时效(100℃×4.5 h)后综合性能最优,此时材料硬度、抗压强度和断裂应变分别为319.06 HV、715.12 MPa和5.6%。本文以自主设计制备的7000系超高强铝合金为基体,B4CP为增强体,通过粉末冶金(二次氩气保护烧结,热等静压烧结)—塑性变形(热挤压)—热处理(固溶时效)工艺制备出了强度为1172 MPa,断裂应变为7.54%的B4CP增强超高强度铝基复合材料,完成了材料制备工艺参数与性能的有效调控,这在国内外尚未见报道。