7075/6061铝合金双金属复合材料的制备及性能研究

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随着我国航空航天、新能源汽车、5G通讯产业的不断发展壮大,对结构材料的性能要求越来越高。双金属复合材料是依据材料复合原理,通过一定的复合工艺使两种性能差异的金属材料在复合界面处实现牢固冶金结合而制备出的一种新型复合材料,具有独特的“相补效应”,可以改善单一金属材料由于个别性能短板所致应用领域受限的应用现状。但是目前双金属复合材料的制备普遍存在界面结合不稳定,制备成本高等问题。本论文选用7075铝合金板材作为基体材料,6061铝合金作为覆层金属,采用B2O3盐浸处理的方法对基材铝合金进行表面处理,利用固-液压力复合铸造的方式制备7075/6061铝合金双金属复合材料。所制备的7075/6061铝合金双金属复合材料利用6061铝合金较强的耐蚀特性来弥补7075铝合金由于合金化程度较高所引起的耐蚀性差的不足,改善7075铝合金在航空航天、新能源汽车、5G通讯产业领域的应用现状。通过对传统固-液复合铸造改善和优化,实现优异的界面结合。针对不同种工艺参数下的复合材料界面区附近组织的变化和元素扩散规律进行研究与讨论,结合复合材料的拉伸及剪切断口形貌及断裂机制,探究双金属复合材料界面微观组织与其性能之间的定性和定量关系,综合分析得出以下结论:对7075铝合金基体材料采用不同浓度的B2O3盐浸处理的表面处理方式可以有效的防止7075铝合金在复合材料制备过程中被氧化以及提高两合金之间的润湿性。当盐浸浓度为3wt.%时,这种效果达到最优状态,复合材料结合界面处无夹杂物残留,呈连续过渡状态。在3wt.%B2O3盐浸处理的7075铝合金基体材料上浇注6061液态铝合金,随着浇注温度的不断提高,界面结合处的裂纹气孔等缺陷逐渐消失,界面结合方式由机械啮合逐渐转变为冶金结合+扩散结合。在浇注温度为720℃时,界面结合最优,平滑无明显缺陷,界面处结合线变弱甚至消失。若浇注温度继续升高,高温铝液的冲击下,7075铝合金基材表面逐渐过度熔化与6061铝合金重熔,界面混乱且脆硬相富集,界面结合强度变差。在最佳制备工艺下,界面附近元素扩散距离可达到约50μm,界面处显微硬度约95HV。热处理工艺:420℃×60min-120℃×30h对于7075/6061铝合金双金属复合材料的组织优化及性能提升是最明显的。热处理过程中各相的体积会自发的向自由能小的方向进行转变。经过T6热处理后,复合材料界面附近元素扩散距离约90μm,相比铸态复合材料提高80%,双金属复合材料的抗拉强度可达到230MPa,剪切强度可达到85MPa。热轧制工艺为预热温度450℃、预热时间5min、单道次下压量0.5mm、轧制压下率30%时,7075/6061铝合金双金属复合材料可获得最明显的性能提升。此状态下,双金属复合材料界面处实现了真正意义上的冶金结合,界面附近元素扩散距离约120μm,复合材料抗拉强度可达到400MPa,相比热处理态复合材料提升73%;界面结合处剪切强度约110Mpa,相比热处理态复合材料提高29%;复合材料的耐蚀性较单一7075铝合金有明显提升,6061铝合金以覆层材料形式暴露于电化学腐蚀液情况下,自腐蚀电位和点蚀电位较7075铝合金分别提高91m V和113m V。
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