【摘 要】
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随着现代工业的发展以及日益提高的节能减排要求,对材料的室温及高温性能的要求也越来越高,传统的铝合金强化技术已无法满足要求。如沉淀强化铝合金的屈服强度通常局限在0.7
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随着现代工业的发展以及日益提高的节能减排要求,对材料的室温及高温性能的要求也越来越高,传统的铝合金强化技术已无法满足要求。如沉淀强化铝合金的屈服强度通常局限在0.7 GPa以下,近年来发展的超细晶、纳米晶或非晶技术可获得大约1 GPa的强度,然而却存在韧性降低、高温耐热性差、宏观尺寸小等缺陷。为满足工业发展对铝合金日益提高的高强耐热要求,本研究提出了一种新型铝基复合材料强化方案,以Al3BC为增强颗粒,开发了一种具有超高强度、高弹性模量以及良好高温耐热性能的Al3BC增强铝基复合材料,研究了Al3BC对铝合金基体的强化行为,揭示了其强化机理。Al3BC在铝基复合材料增强相上的成功应用,为发展新型超高强金属基复合材料提供了新思路。本文的主要研究内容如下:(1)Al3BC颗粒的原位合成及其力学性能提出了一种原位合成Al3BC颗粒的液-固反应方法,在铝合金熔体中原位合成了Al3BC颗粒,并通过调整制备工艺,成功实现了对Al3BC颗粒尺寸、形貌及分布的控制,其尺寸可在几十纳米到十几微米内调控,颗粒形貌可为六角片状、十四面体状或六棱柱状,可实现均匀分布、河流状分布及网状分布。通过纳米压痕及微柱压缩技术对Al3BC颗粒的硬度、弹性模量及压缩性能进行测试,其硬度及弹性模量分别为24 GPa和332 GPa,极限压缩强度为8.7 GPa。Al3BC颗粒优异的力学性能是其能够作为铝基复合材料增强相的重要前提。(2)Al3BC/Al复合材料的制备及微观组织控制利用液-固反应法成功制备了质量分数从10%到75%的Al3BC/Al和Al3BC/6061复合材料,并对其微观组织进行表征,实现了纳米或亚微米Al3BC颗粒在铝合金基体中均匀弥散的分布。TEM分析发现,Al3BC的引入导致铝合金基体中产生大量高密度位错。利用EBSD技术研究了挤压态Al3BC/Al复合材料中α-Al及Al3BC颗粒的取向分布。研究发现,挤压变形后α-Al晶粒得到细化,平均晶粒尺寸约为0.5 μm,α-Al呈板织构:
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