复合材料因具有可设计性的特点,而备受科研工作者的关注。铝基复合材料具有高比强度、高比模量以及耐磨损等优异综合性能。提高高性能颗粒增强体含量能够获得高强度与耐磨的高性能铝基复合材料。但随着增强体含量的些微增大,铝基复合材料的强度和塑/韧性存在着相互倒置关系。本论文的研究目标是通过铸造途径在复合材料中形成一定数量、一定尺寸、均匀分布的韧性金属区域,制备得到一种金属-陶瓷混杂增强铝基复合材料,在强度提高的同时,有效改善材料塑/韧性,保留其耐磨损性能。首先,本文对挤压铸造技术制备得到的不同基体(2024Al与7075Al)、不同增强体(Ti B2、Si C和Ti)或增强体组合铝基复合材料进行了性能对比分析,筛选出拉伸性能优异的增强体与基体组合。结果表明,Ti金属颗粒与Si Cp协同增强7075Al复合材料能获得更好的拉伸性能。Ti金属颗粒在提高复合材料抗拉强度的同时,改善了材料的损伤容限,得到强度和塑性均有所提高的新材料。其次,研究了Ti金属颗粒对复合材料时效行为的影响。复合材料中Ti金属颗粒的存在减少了基体中的热错配位错密度,降低了基体中GP区和析出相的形核率;同时也导致了析出相长大激活能的降低。溶质Mg原子在Ti金属颗粒与基体间界面的偏聚降低了基体中Mg原子浓度,而热错配位错形成的扩散通道则加剧了这一现象,使复合材料在不同时效温度区间下表现出不同的时效温度敏感度。尽管Ti金属颗粒降低了析出相长大激活能,但析出温度的提高和溶质原子浓度的降低都迟滞了时效峰值的出现。此外,峰时效热处理后复合材料的强度与塑性进一步得到提高。Mg-Ti扩散层和界面Ti Al3金属间化合物反应层的形成,强化了Ti金属颗粒与基体间结合,增强了Ti金属颗粒的强化效果,进一步提高了复合材料的塑性。再次,研究了Ti金属颗粒对复合材料断裂行为的影响及其强化机理。复合材料的损伤演变过程受到增强体颗粒尺寸和性能的影响。相比于小尺寸的Si C颗粒,大尺寸Si C颗粒在变形过程中更容易破裂。Si C颗粒的破裂导致增强体总承载能力的下降,降低了复合材料的强度。同时,变形过程中大尺寸Si C颗粒的优先破裂加速了裂纹的扩展,降低了复合材料的塑性。而Ti金属颗粒在复合材料中形成了以Ti金属颗粒为核心,包裹有低密度位错基体的微区,这些微区在变形过程中不仅有效地释放应力、协同变形,减少Si C颗粒的破裂,提高了基体合金的变形能力,从而导致复合材料强度与塑性的提高;同时也阻碍了裂纹的扩展,极大地提高了材料的损伤容限。研究结果有助于深入理解金属-陶瓷协同增强复合材料的断裂行为及其结构-性能关系,对复合材料的组织性能优化与设计具有非常重要的意义。最后,研究了Ti金属颗粒对复合材料摩擦磨损行为的影响。复合材料表现出疲劳磨损与磨粒磨损相结合的特征。Ti金属颗粒产生的协同变形和应力释放效应,使得磨损过程中Si C颗粒的破裂变得更为困难,降低了复合材料的摩擦系数;同时也有效地阻碍了疲劳裂纹的形成与扩展,提高了复合材料在低载荷下的耐磨损性能。载荷提高后,Ti金属颗粒、Si C颗粒以及基体对载荷不同程度的应变响应导致增强体与基体间界面的应力急剧增大,磨损表面应力影响区中的Si C颗粒的破裂加剧,使得裂纹在Ti金属颗粒与复合材料间的扩展变得更为容易,降低复合材料耐磨损性能。研究表明,金属-陶瓷协同增强铝基复合材料的微观结构独特,并由此衍生出一系列独特性能,表现出轻质、高强、塑性以及耐磨等优异的综合性能。这种多元/多尺度的微结构韧化复合工艺是具有前瞻性的,对促进金属基复合材料的迅速发展具有非常重要的意义。