【摘 要】
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铝基复合材料凭借其低密度、高比强度、良好的导电导热等性能优势在交通运输、航空航天等制造业得到了人们广泛的关注。近年来,铝基复合材料追求增强相均匀分布时出现瓶颈,越来越多的研究者在不同尺度中调控增强相的分布,制备了一系列非均匀复合材料。大量研究表明,增强相构型的引入能有效提高复合材料的室温和高温强度,但是,强度提升的同时往往伴随着塑性的降低,同时高温强塑性与室温强塑性匹配通常也存在着较大的矛盾。针对
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铝基复合材料凭借其低密度、高比强度、良好的导电导热等性能优势在交通运输、航空航天等制造业得到了人们广泛的关注。近年来,铝基复合材料追求增强相均匀分布时出现瓶颈,越来越多的研究者在不同尺度中调控增强相的分布,制备了一系列非均匀复合材料。大量研究表明,增强相构型的引入能有效提高复合材料的室温和高温强度,但是,强度提升的同时往往伴随着塑性的降低,同时高温强塑性与室温强塑性匹配通常也存在着较大的矛盾。针对上述问题,本文以含有原位自生的纳米Al Np粒子及粒子网结构的Al Np/Al复合材料作为实验对象,采用旋锻变形对微观组织及高温力学行为进行调控,采用轧制变形对室温强塑性机制进行讨论,同时对Al Np/Al复合材料的热稳定性进行了相应研究,主要结论如下:（1）旋锻对Al Np/Al复合材料微观组织及高温力学行为的影响在室温下对Al Np/Al复合材料进行了应变量0.2和0.6的旋锻变形,结果表明:原始材料中包含颗粒富集区和拉长晶的异质层状结构发生变化,Al N网状结构一定程度被破坏,增强颗粒分布变得更为均匀;同时基体晶粒从1.36μm细化至0.77μm、0.72μm。采用350℃高温静态拉伸性能测试可知,经过应变量0.2的旋锻处理后,复合材料的均匀延伸率从0.99%增至2.1%,增长了约112%,断裂延伸率也从3.38%增至6.43%;抗拉强度略有下降,从126MPa降至113MPa,表明通过旋锻处理抑制了Al Np/Al复合材料高温下的快速软化,实现了材料强塑性的良好匹配。Al Np/Al复合材料在经过旋锻处理后350℃高温强度降低的主要原因是原有Al N网状结构一定程度地破坏,降低了粒子网钉扎和承载效率;而350℃高温塑性提升的主要原因为应变速率敏感性的提升、加工硬化能力的恢复及应变局域化的抑制。（2）轧制对Al Np/Al复合材料微观组织及室温力学行为的影响在室温及300℃对Al Np/Al复合材料进行不同压下量的轧制变形,结果表明:室温轧制能有效提高材料的屈服强度,但抗拉强度无明显变化且延伸率出现显著下降。300℃轧制下材料的屈服强度从238MPa增至255MPa、286MPa和312MPa,抗拉强度从312MPa增至314MPa、335MPa和360MPa;变形过程中Al N纳米网络发生破坏,增强颗粒趋于弥散分布,且未发现微裂纹。多级结构的Al Np/Al复合材料中,Al N纳米网络有效阻碍裂纹扩展;且异质层状结构Al基体使材料拥有较高的加工硬化能力,提升复合材料抗拉强度的同时提高了材料的均匀延伸率,使复合材料拥有良好的塑性。对于轧制变形的Al Np/Al复合材料,原有Al N纳米网络及颗粒双峰分布的多级结构被破坏,其随着轧制变形量的增加强度增加主要归因于位错累积和晶粒细化;且轧制量增加时最初轧制中的缺陷减少及增强颗粒的分散使复合材料的断裂延伸率得以提升。（3）热暴露对Al Np/Al复合材料微观组织及室温力学行为的影响Al Np/Al复合材料在350℃进行了热暴露实验,显微硬度从最初的80HV左右增长到90HV左右,此后硬度无明显变化。Al Np/Al复合材料在500℃进行了热暴露实验,室温拉伸实验表明随着热暴露时间的增长,材料的抗拉强度σb和屈服强度σ0.2先增大后降低,在10h时出现峰值,分别为374MPa和316MPa,20h后强度基本保持不变,500℃热暴露100h后抗拉强度和屈服强度仍保持在320MPa和253MPa,较原始态有些许提高。同时Al Np/Al复合材料的延伸率变化趋势与强度相反,当热暴露100h后,延伸率仍然保留在7%左右。EBSD结果表明500℃热暴露100h后,Al晶粒并未出现明显长大,平均晶粒尺寸基本保持在1.42μm左右,同时基体再结晶比例未发生显著上升,表明了Al Np/Al复合材料具有较好的热稳定性。
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