论文部分内容阅读
本文通过压力浸渗法制备了体积分数为30%，颗粒粒径分别为150nm和5.5μm的SiC颗粒增强2024铝复合材料。通过对比两种材料的显微组织、时效行为、力学性能和尺寸稳定性的不同，研究了当颗粒粒径接近纳米尺度时产生的效应，分析了亚微米颗粒增强复合材料与微米级颗粒复合材料的不同的显微组织形成机理和尺寸稳定化机制。对两种复合材料的时效行为研究表明：150nmSiC_p/2024Al复合材料和5.5μmSiC_p/2024Al复合材料在160℃时效10小时达到峰时效，硬度分别为371HB和255HB。150nmSiC_p/2024Al的峰时效硬度比5.5μmSiC_p/2024Al复合材料提高了45%。微米级颗粒加速了2024铝合金的时效析出，而亚微米颗粒使基体合金的时效析出稍有滞后。两种复合材料的析出相尺寸和形状相差很大。150nmSiC_p/2024Al复合材料的析出相尺寸仅在几个纳米左右，并且形状为点状；而5.5μmSiC_p/2024Al复合材料的析出相则为100nm以上，形状为条状。两种复合材料的显微组织差别很大。150nmSiC_p/2024Al复合材料中几乎难以发现线形位错，而在5.5μmSiC_p/2024Al复合材料的颗粒周围能够看到大量缠结的位错。这一方面是由于颗粒粒径小，表面活性较大，材料在铸造过程中颗粒会吸附大量的淬火空位，使得初始的位错环很难形成，并且150nmSiC_p/2024Al复合材料颗粒间距仅为70纳米，位错的增值十分困难；另一方面，因为随着颗粒粒径的减小，复合材料的热错配应力减小，当颗粒粒径减小到一定范围时，热错配应力不足以使基体发生塑形变形，位错难以形成。这使得位错耗竭理论、冷热循环机理等与位错相关的机制机理不能来解释150nmSiC_p/2024Al复合材料的性能。150nmSiC_p/2024Al复合材料界面结合良好，无反应产物，基体的密排面（111）几乎都是垂直于SiC颗粒的界面的。亚微米SiC颗粒的（002）面与基体的（111）面是半共格关系。在150nmSiC_p/2024Al复合材料界面处吸附了大量空位。150nmSiC_p/2024Al和5.5μmSiC_p/2024Al复合材料的抗弯强度相差不大，但是150nmSiC_p/2024Al复合材料具有更高的微屈服强度。这是因为由于颗粒的尺寸效应，150nmSiC_p/2024Al材料基体中线性位错密度很低，从而使基体中的位错开动困难，同时亚微米颗粒对颗粒的钉扎作用也更强，使得其微屈服强度更高。150nmSiC_p/2024Al复合材料冷热冲击下，尺寸稳定性不随冲击温度的变化而变化。而5.5μmSiC_p/2024Al复合材料随着冷热冲击温差的增加，尺寸变得更加稳定。这与颗粒的尺寸效应有关，150nmSiC_p/2024Al的热错配应力不足以引发位错。而5.5μmSiC_p/2024Al的热错配应力大，温度冲击下，基体中位错增值，使尺寸稳定性提高。