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铝基复合材料具有优良的综合性能,是目前应用最为广泛的一种金属基复合材料。但由于受制备方法、工艺参数等多种因素的影响,铝基复合材料的强度、延伸率和耐磨性等性能指标还不十分理想,从而限制了在某些特殊领域如惯性系统及导弹某些零部件中的应用。 本课题的研究目标,是以北京航空材料研究院较为成型的碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备工艺为基础,从基体材料和增强材料的选取,制备工艺的确定等方面着手,研制、开发出一种新型的铝基复合材料,在保持材料原有的某些优异性能的基础上,进一步提高材料的强度、韧性和耐磨损性等性能指标,以发挥颗粒/铝基复合材料的优势,扩大颗粒/铝复合材料的应用范围,促进其产业化发展。 经过广泛调研和充分的论证,本研究选取ZL205A合金作为基体,碳化硼颗粒作为增强体,采用搅拌复合的方法在空气状态下制备出用于实验的复合材料。通过对不同制备条件和工艺参数的试验研究,探索出适合制备该种复合材料的最佳工艺方法:对碳化硼颗粒进行预先氧化热处理,制备过程中根据不同的工艺条件改变炉内温度和搅拌速度,调整适宜的熔体粘度,然后将颗粒逐步加入到铝合金基体中制备出所需的复合材料。同时,为进行性能比较,用相同的工艺方法制备了SiCp/Al和Al2O3p/Al复合材料。 对上述工艺制备的复合材料,进行了拉伸、摩擦磨损等力学性能测试。结果表明,相同条件下制备的B4Cp/Al复合材料具有最高的抗拉强度、屈服强度和最低的磨损率,综合性能明显好于SiCp/Al和Al2O3p/Al两种复合材料;与原有工艺制备的SiCp百分含量略高的SiCp/A1复合材料相比,抗拉强度、屈服强度和耐磨损能略高,但材料延伸率及弹性模量有了显著提高。 对界面状态的研究分析表明,B4C/Al复合材料的界面结合状况明显好于SiC/Al复合材料和Al2O3/Al复合材料。一定温度下,碳化硼与铝发生界面反应,产物主要为Al3BC,但含量较少,对界面无破坏作用;界面反应的机制是溶解-沉淀过程。