粉末冶金SiCw/SiCp混杂增强5083铝基复合材料的制备与组织性能研究

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以铝合金为基体的复合材料具备出色的力学性能,并且已经大范围的应用于航空航天、先进武器、交通运输等重大领域,其中铝合金的系列较多如2000系、5000系、6000系、7000系等等。同时分别以碳化硅晶须(SiCw)、碳化硅颗粒(SiCp)增强的铝基复合材料在国内外航空航天、军事领域得到了大规模的应用,充分展现了其独特的性能优势,及其在材料领域的竞争力。本文对以SiCw与纳米SiCp混杂增强5083Al铝基复合材料进行深入探究。其中以5083Al合金粉末作为基体,通过粉末冶金(PM)进行复合材料的制备以及对复合材料进行的塑性变形加工,并对其组织性能进行相关分析。本文的研究内容与结果总结为以下四点:(1)研究了20vol%SiCw与2.4vol%nano-SiCp混杂增强的5083Al基复合材料的烧结工艺。通过冷压成型后氩气保护烧结来制备烧结态材料,发现当烧结温度为700℃,此时硬度与致密度都达到了峰值,并且在此温度下烧结8h,对于25vol%SiCw、30vol%SiCw与2.4vol%nano-SiCp混杂增强的复合材料同样可以充分烧结。(2)研究了热挤压以及热挤压参数对SiCw与纳米SiCp混杂增强的5083Al基复合材料的组织性能的影响。研究表明,热挤压后复合材料的硬度与致密度分别为184HV,97.638%,相比于烧结态样品,硬度与致密度分别提高了约31.1%,11.8%;结果显示挤压比为10:1的硬度与致密度分别为167HV,97.638%,抗压强度与断裂应变分别为705MPa,24.475%;而挤压比为4:1的样品硬度与致密度分别为162HV,95.420%,抗压强度与断裂应变分别为635MPa,17.9%。对比可知,发现在挤压比10:1模具下热挤压的硬度、致密度、抗压强度与断裂应变分别提高了3.1%、2.3%、11%和37%。(3)研究了挤压材-退火对20vol%SiCw与2.4vol%纳米SiCp混杂增强的5083Al基复合材料的组织性能的影响,挤压材经300℃、400℃、500℃,3h,6h退火后,其抗拉强度的变化主要取决于退火的时间,而断后伸长率大小主要取决于退火温度。总体上,随着退火温度的升高,退火时间的延长,其塑性越来越好。在500℃×6h退火工艺下,与未退火态相比较,其抗拉强度变化不明显,而断后伸长率提高175%。(4)研究了20vol%SiCw,25vol%SiCw,30vol%SiCw与2.4vol%nano-SiCp混杂增强的三种5083铝基复合材料组织性能,当SiCw的含量达到25vol%以上时,材料的强度与塑性发生急剧降低;同时还研究了20vol%SiCw三模态制备与非三模态制备的复合材料组织性能,结果表明两者区别在于三模态组织的制备能够有效调控复合材料的塑性,其中三模态组织复合材料的断后伸长率与断裂应变分别比非三模态组织的复合材料提高了约18.2%,9.4%。本文将SiCw与纳米SiCp进行混杂增强铝基复合材料的组织性能,以高镁合金(5083Al)为基体,通过球磨复合粉末-压制成型-氩气保护烧结-热挤压-退火处理的工艺路线,制备5083Al基复合材料,实现了对粉末冶金工艺中各流程参数与性能间的有效调控。
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