SiCp/6061Al复合材料制备工艺与性能的研究

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碳化硅颗粒增强铝基复合材料是一种新型材料,相比于传统的钢铁材料具有密度低,线膨胀系数可控制,有良好的导热性以及高比强度等优良性能,广泛应用到航空航天、电子封装等行业,目前已经成为铝基复合材料的研究热点。本文采用粉末冶金法制备了SiCp/6061Al复合材料,并对其制备工艺、组织和性能进行了系统研究,优化了复合材料的制备工艺。以6061Al合金粉为基体,SiC颗粒作为增强体,采用真空热压法制备了30%SiCp/6061Al复合材料,对复合材料的密度和抗拉强度进行了检测,利用扫描电镜观察了试样的微观组织形貌,探讨了烧结温度和压力对复合材料组织和性能的影响。得到了较为合理的烧结工艺:580℃的烧结温度和70MPa的压力。在该烧结工艺下,制备了25%、30%、35%SiC体积分数的SiCp/6061Al复合材料,分析了SiC含量对复合材料组织和性能的影响。结果表明:随着SiC含量的增加,复合材料的致密度下降,抗拉强度先增大后降低,微观组织中SiC颗粒团聚现象逐渐加重。为了解决复合材料组织中碳化硅颗粒的团聚问题,采用湿磨-高能球磨复合混粉工艺、改变基体粉末粒度及增强体颗粒粒度,制备了35%SiCp/6061Al复合材料,对比分析了试样的力学性能,研究了混粉工艺、粉体粒度对复合材料组织和性能的影响。研究发现,适当的混粉工艺和粉体粒度可减弱碳化硅颗粒的团聚现象,提高复合材料的力学性能,粉体粒度的改变对复合材料性能影响更加显著。提出了真空热压法制备SiCp/6061Al复合材料的适宜工艺为:选用粒度为10μm的6061铝合金粉和7.5μm的SiC粉体,在580℃和70MPa条件下进行热压烧结。对真空热压法制备的35%SiCp/6061Al复合材料进行了热挤压,测定了热挤压前后试样的密度,分析了热挤压前后组织和性能的变化;对复合材料进行了热处理,分析了热处理对复合材料性能的影响。结果表明:复合材料经过热挤压后,组织致密度提高,碳化硅颗粒在基体中的分布均匀度提高,力学性能得到了较大的改善;固溶温度为530℃时,固溶时间为90min,时效温度为180℃,时效时间为10h时,复合材料的性能最好,抗拉强度达到334MPa。对复合材料的断口形貌及微观结构进行研究发现,复合材料的断裂机制主要是基体的韧性撕裂和SiC颗粒的脱粘断裂;复合材料中SiC和Al相的界面结合良好,无反应物生成; Al与SiC在(022)晶面上形成半共格相界;复合材料的强化机理主要是细晶强化和位错强化。
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