论文部分内容阅读
金属基复合材料由于具有较好的综合力学性能而被广泛应用于航空、航天、国防等领域。其成分设计、制备方法及相关组织性能研究受到科研工作者广泛关注。累积叠轧（ARB）作为一种大塑性变形技术凭借其工艺简单、成本低、可实现多材料组元复合等优势成为一种较为理想的金属基复合材料制备方法。此外,得益于硬质颗粒阻碍材料塑性变形中位错运动引起的强化作用,利用ARB技术制备颗粒增强铝基复合材料成为一个研究热点。相关研究中所用强化颗粒主要为SiC、Al2O3、B4C等硬质陶瓷颗粒,而同样具有高的硬度的金属间化合物虽然也可被用作基体增强颗粒,但有关研究报道较少。因此,本文提出了ARB技术结合连续梯度退火的方法制备金属间化合物颗粒增强铝基复合材料的思路,重点研究了颗粒尺寸、形态、在基体中分布、相成分等因素对复合材料组织性能的影响。本论文主要借助光学显微镜（OM）、硬度计、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射仪（XRD）、万能拉伸试验机等设备对所得Al/Cu复合板微观组织、界面结合、力学性能、断裂机制进行深入研究。结果表明:250℃累积叠轧结合350℃条件下不同时间轧后退火处理可以实现板材之间较好界面结合以及Al/Cu金属间化合物的连续生成及破碎,基体晶粒也随轧制道次增加不断细化;Al/Cu界面原子扩散以Cu原子向Al一侧的扩散为主,扩散初期界面反应产物包括Al2Cu、AlCu和Al4Cu9。最终所得8道次复合板中Al/Cu金属间化合物颗粒成分主要为Al2Cu,其形态为椭球型且具有明显的核-壳结构。颗粒尺寸、形态及分布状态可以通过包括原始板材厚度、叠轧道次及退火温度和时间在内的参数调整进行调控;1道次以后,轧制过程中金属间化合物层破碎分离及内部纯铜的伸长会导致新的Al/Cu界面的形成,从而为随后退火过程中更多金属间化合物的产生提供了扩散通道。这一过程中Cu原子在Al基体中固溶度也随着退火次数的增加逐渐增大,从而对材料起到一定强化作用;8道次叠轧所得Al/Cu复合板强度最高（181MPa）,约为退火态1060强度的1.8倍,但延伸率最低。5道次所得复合板具有最好的强度-塑性匹配（161.3MPa,4.1%）。复合板内部界面结合强度随叠轧道次的增加不断提高。断口分析表明铝层断裂机制为塑性断裂,韧窝形态由等轴状逐渐转变为剪切状,表明其塑性逐渐降低。Al/Cu金属间化合物颗粒处具有典型的脆性沿晶断裂特征;复合板试样原位拉伸载荷-位移曲线由弹性阶段,塑性阶段和失效阶段三部分组成。8道次复合板由于脆性颗粒较多,塑性阶段占比相对0道次大幅减小,弹性阶段占比增加。其主裂纹的形成及扩展主要通过颗粒内部微裂纹的贯通,颗粒边缘孔洞的产生及内部Al/Al界面横向局部分层共同作用来实现。