不同尺寸SiCp增強(qiáng)AZ31B鎂基復(fù)合材料的制備及組織性能.pdf

1、為了滿足航天航空領(lǐng)域?qū)饘俨牧陷p質(zhì)、高性能的需求，本文設(shè)計(jì)并制備了（亞微米+納米）雙尺寸、（微米+納米）雙尺寸以及（微米+亞微米+納米）多尺寸 SiCp/AZ31B鎂基復(fù)合材料，并對制備的復(fù)合材料進(jìn)行了熱擠壓變形。系統(tǒng)的研究了不同尺寸顆粒之間的組合方式、組分及空間排布對鑄態(tài)及擠壓態(tài)復(fù)合材料的組織及力學(xué)性能的影響，闡明了不同體系 SiCp/AZ31B復(fù)合材料的增強(qiáng)原因。利用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡研究了顆粒參數(shù)對基體顯微

2、組織的影響原因，分析了不同尺寸顆粒對再結(jié)晶的影響規(guī)律。根據(jù)獲得的顯微組織分析結(jié)果，研究了不同體系顆粒對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，揭示了不同體系復(fù)合材料的室溫拉伸機(jī)制及增強(qiáng)機(jī)理。
　?。▉單⒚?納米）雙尺寸SiCp/AZ31B復(fù)合材料的研究結(jié)果表明，本文通過探索超聲波處理時(shí)間和攪拌鑄造工藝參數(shù)獲得了可以制備該體系復(fù)合材料的最優(yōu)工藝：半固態(tài)攪拌溫度為625℃，半固態(tài)攪拌速率為1500rpm/min，攪拌時(shí)間為15min，超聲處理時(shí)間為2

3、0min。鑄態(tài)復(fù)合材料中雙尺寸顆粒主要分布于晶界上，納米顆粒主要分布于微米顆粒的周圍，且納米顆粒的分散均勻性將隨著微米顆粒含量的增加而得到改善。熱擠壓不僅可以細(xì)化基體組織，而且還可以改善顆粒的分布，進(jìn)而提高材料的綜合性能。熱擠壓過程中雙尺寸顆?？梢酝ㄟ^阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)使位錯(cuò)在它們周圍塞積，有助于促進(jìn)基體的再結(jié)晶形核，同時(shí)雙尺寸顆粒的存在還將阻礙晶界遷移，從而顯著細(xì)化基體組織。熱擠壓后雙尺寸復(fù)合材料中亞微米顆粒含量較低時(shí)納米顆粒的分布主要以帶

4、狀和均勻分布的混合分布模式為主，而隨著微米顆粒含量的增加雙尺寸顆粒的分布都變得較為均勻。擠壓態(tài)N-1+M1-4和N-1+M0.5-4復(fù)合材料的力學(xué)性能較為理想，與相同條件下熱擠壓后AZ31B合金和單尺寸復(fù)合材料相比，雙尺寸SiCp的加入導(dǎo)致復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均獲得顯著提高。理論計(jì)算和試驗(yàn)對比分析表明當(dāng)前雙尺寸復(fù)合材料的主要增強(qiáng)機(jī)制為細(xì)晶強(qiáng)化和熱錯(cuò)配強(qiáng)化。
　　（微米+納米）雙尺寸SiCp/AZ31B復(fù)合材料的研究表明，通

5、過組分優(yōu)化試驗(yàn)獲得了雙尺寸顆粒的分布較為均勻且力學(xué)性能最佳的N-1+M10-14和N-1+M5-14復(fù)合材料。組織分析結(jié)果表明，熱變形過程中微米顆粒可以在其周圍形成畸變程度較大的顆粒變形區(qū)，從而促進(jìn)基體的再結(jié)晶形核，同時(shí)納米顆粒還可以通過釘扎晶界作用有效的細(xì)化基體組織。隨著微米顆粒含量的增加，將增加顆粒變形區(qū)的數(shù)量，基體晶粒尺寸減小，復(fù)合材料的強(qiáng)度增加，同時(shí)微米顆粒含量的增加還有助于均勻分散納米顆粒，使得納米顆粒的分布得到很好的改善。室

6、溫拉伸過程中，位錯(cuò)在微米 SiCp附近塞積，導(dǎo)致顆粒附近的位錯(cuò)密度增加，有助于改善復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度。在外加載荷作用下，微米 SiCp端部易產(chǎn)生應(yīng)力集中萌生微裂紋，而納米顆粒同基體界面結(jié)合較好，無微裂紋產(chǎn)生。
　?。?0μm+1μm+60nm）多尺寸復(fù)合材料的增強(qiáng)效果要優(yōu)于（10μm+1μm）雙尺寸復(fù)合材料，并且10μm、1μm和60nm的體積比為10：4：1時(shí)，復(fù)合材料的力學(xué)性能最高。熱變形過程中10μm顆?？梢栽谄渲車纬深w粒

7、變形區(qū)，該區(qū)域的形成有助于促進(jìn)基體再結(jié)晶形核；1μm顆?？梢酝ㄟ^阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和變形不匹配作用增加其周圍的位錯(cuò)密度，從而有效促進(jìn)基體的再結(jié)晶形核；納米顆粒的存在可阻礙晶界遷移，抑制或延緩再結(jié)晶晶粒進(jìn)一步長大，從而有效的細(xì)化基體組織。擠壓態(tài)復(fù)合材料中不同尺寸的顆粒的分布都得到了顯著的改善，且它們都是沿著擠壓方向形成定向排布。多尺寸復(fù)合材料的增強(qiáng)機(jī)制中，位錯(cuò)強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化作用對多尺寸復(fù)合材料屈服強(qiáng)度的貢獻(xiàn)最為顯著。相比于1μm顆粒和60nm顆