【摘 要】
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为进一步提高AlCrFeCoNi高熵合金(HEA)的强度并兼具合金韧性,本文向HEA基体中引入SiC颗粒(SiCp)增强相,但增强相SiCp与合金基体之间常存在热膨胀系数不匹配、界面润湿性差及不良界面反应等问题。因此,本文对SiCp表面进行氧化、化学镀等预处理,以期改善复合材料界面结合,从而进一步提高复合材料力学性能,为颗粒增强金属基复合材料的研制和产业化应用提供借鉴和指导。本文利用放电等离子烧结
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为进一步提高AlCrFeCoNi高熵合金(HEA)的强度并兼具合金韧性,本文向HEA基体中引入SiC颗粒(SiCp)增强相,但增强相SiCp与合金基体之间常存在热膨胀系数不匹配、界面润湿性差及不良界面反应等问题。因此,本文对SiCp表面进行氧化、化学镀等预处理,以期改善复合材料界面结合,从而进一步提高复合材料力学性能,为颗粒增强金属基复合材料的研制和产业化应用提供借鉴和指导。本文利用放电等离子烧结技术(SPS)制备SiCp/HEA复合材料。通过X射线衍射技术(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱(EDS)对复合材料相结构和微观组织进行表征,同时对SiCp/HEA复合材料进行界面结合强度以及压缩、硬度、摩擦磨损性能测试,探究不同界面层对复合材料相结构、微观组织与性能的影响。研究发现:对于未处理SiCp/HEA复合材料,XRD结果表明,C、Si原子向HEA基体发生了扩散并发生界面反应,形成碳化物和硅化物,且复合材料中FCC相消失。与HEA相比,该复合材料压缩屈服强度提高,但延伸率下降,且裂纹在界面处不能发生偏转。在氧化后SiCp/HEA复合材料中,由于SiO2界面层的存在,阻碍了 C、Si原子的扩散。但复合材料组织中存在大量孔隙,导致其综合力学性能显著下降,且裂纹穿过界面后直接进入SiCp,根据He-Hutchinson模型理论推测,该两种复合材料界面结合可能强度过高,因而无法起到增韧作用。通过化学镀方法,制备出镀铜、镀钴SiCp/HEA复合材料,由于Cu和Co界面层的存在,抑制了C、Si原子向HEA基体扩散,使SiC增强相起到增强作用。但与HEA相比,镀铜SiCp/HEA复合材料韧性与HEA相近,而镀钴SiCp/HEA复合材料韧性略有下降,说明该界面未能起到较好的增韧效果。因此,对SiCp/HEA复合材料进行界面优化设计,在SiCp表面进行镀钴2次、3次和镀钴后镀铜处理,并制备出相应的SiCp/HEA复合材料。随着镀层厚度的增加,其对C、Si原子扩散的抑制作用显著提高,且断裂应变也随之增加,说明该两种界面的增韧效果有所提高。与HEA相比,镀钴后镀铜SiCp/HEA复合材料断裂应变提高,说明Co-Cu界面能起到较好的增韧效果。
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