3、金属基复合材料1

综述了颗粒尺寸和表面处理对SiCp/Al复合材料组织性能的影响，1、颗粒增强金属基复合材料的特点： (1)强度高，刚性高，抗疲劳，耐磨性、热膨胀系数低，尺寸稳定性好。 (2)与其他加强体(长纤维、短纤维、晶须)相比，成本低，制造和加工比较容易。(3)性能的设计可行性。 通过选择不同的基质、增强体、生产和加工工艺、热处理工艺、增强体颗粒的体积分数、颗粒形状和颗粒尺寸等，可以改变复合材料的力学性能和热物理性能。 2、影响颗粒增强金属基复合材料组织性能的因素：基质金属的种类、增强体的形态和含量、界面结合状况等是影响复合材料性能的主要因素。 (3)本报告的研究内容：通过实验分别研究SiC粒子的尺寸和表面处理对SiCp/Al复合材料组织性能的影响。 另一方面，粒子尺寸对SiCp/Al力学性能的影响，实验内容： (1)用粉末冶金法制造体积分率为20%的4种不同粒子尺寸(1m、5m、20m和56m )的SiCp/Al复合材料，(2)观察复合材料的显微组织结构，(3) 测定含有粒子尺寸不同复合材料的室温拉伸性能，测定不同尺寸的SiC粒子形态：采用粉末冶金法的复合材料的制造流程：实验结果和分析，(1)SiC粒子尺寸对粒子分布均匀性的影响SiCp/Al复合材料中的粒子分布(a)MMC1； (b)MMC5； (c ) MMC-20 (d )-MMC-56，如图所示，制备的复合材料中的碳化硅粒子在矩阵中比较均匀地分布。 增强体粒子尺寸越大，粒子间隔越大，分布越均匀。 小尺寸的强化体粒子，凝聚现象也不太明显。 (2)粒子尺寸对基体中位错密度的影响，由于Al基体和SiC粒子的热膨胀系数的较大差异，复合材料热压后，从高温冷却到室温时，基体和粒子界面会产生较大的热失配应力。 随着冷却的进行，热失配应力逐渐增大，如果失配应力超过Al基体的屈服强度，则粒子附近的基体屈服变形，热失配应力部分缓和，同时近界面区域的基体产生高密度的位错。 利用XRD线性分析可以表示样品的位错密度，结果如下： (3)颗粒尺寸对复合材料热残馀应力的影响、热残馀应力的表示方法：复合材料中热残馀应力为微残馀应力，难以直接测量其大小。 通过基体晶面间隔的变化可以表现复合材料基体中的热残馀应力. 用x射线测量不同粒子尺寸复合材料中基质al (200 )面间距的变化，定性表现热残馀应力。 图中表示复合材料基体(200 )的面间隔与加强体粒子尺寸的关系，(4)粒子尺寸对复合材料的拉伸性能的影响，(a )图中表示a)SiCp/Al复合材料和纯Al拉伸的应力-应变曲线，复合材料的流变应力比纯Al高，粒子尺寸越小流变应力越提高(b)Al基体和4种SiCp/Al复合材料的拉伸强度和屈服强度如图所示，拉伸强度和屈服强度有相同的变化规律，即粒子尺寸越小，复合材料的屈服强度、拉伸强度越高。 (c)Al基体和4种SiCp/Al复合材料的伸长率，如图所示，可知复合材料的塑性比基体大幅度降低。 复合材料的伸长率随粒子尺寸的增加而增加，但粒子尺寸增加到56m时，复合材料的伸长率反而降低。 其中，MMC1复合材料的伸长率最低(11.14% )，仅纯Al伸长率的约1/4。(5)拉伸断裂形态如图所示：由图可知，粒子尺寸越小，复合材料断裂的韧窝和断裂棱越多。 56m大颗粒增强的复合材料具有脆性破坏特点，颗粒劈开破坏比较严重。 结论a、复合材料的位错密度和热残馀应力随粒子尺寸的增大而减小。b、复合材料的抗拉强度和屈服强度随粒子尺寸的增大而减小。 c、颗粒大小以两种方式影响复合材料的变形行为：位错强化机制和大颗粒破坏损伤弱化机制。 (SiCp表面处理对SiCp/6066Al组织性能的影响，实验过程： (1)实验材料：基质6066Al，强化体SiC为-SiC粒子，平均粒度为10m； (2)用3种方法对sic粒子进行表面处理(3)SiC粒子的表面形貌分析(4)制备复合材料(5)复合材料的组织分析和性能测试。SiC粒子表面处理的3个方法：方法1 (酸洗高温氧化处理):40%HF溶液(40)酸洗3h 1100高温氧化10h .方法2 (碱溶出处理):饱和NaOH溶液(80恒温)碱溶出30min 80饱和氟化锆酸钾(K2ZrF6) 溶液恒温浸渍2h .方法3 (碱溶出酸洗):20%NaOH溶液(80恒温)碱洗30min 25%HCl溶液(50恒温)酸洗30min .表面处理对粒子表面形貌的影响， 用与原始粒子不同的方法处理的粒子表面形貌如下图所示方法2处理的粒子表面有多个蚀刻坑和锯齿形切口，比表面积增大，实现粒子粗糙化的方法3处理的粒子角度钝化。 表面处理对粒子状物相组成的影响，用3种方法处理的SiC粒子的x射线衍射图形如下：由此可知，用方法1处理的SiC粒子的x射线衍射图形中没有出现SiO2的衍射峰，但在SiO2的衍射峰位置出现分散峰。 方法2处理的SiC粒子的x射线衍射图中，氟锆酸钾(K2ZrF6)的衍射峰强度比较低，但很明显，K2ZrF6在SiC粒子表面析出。 方法3处理的SiC颗粒的x射线衍射图不存在氧化硅或其他杂质。 表面处理对复合材料组织的影响，以不同方法处理的SiC粒子制备的复合材料金相组织，如图所示，原始状态的SiC粒子制备的复合材料粒子凝聚现象严重，经过3种表面处理的复合材料粒子分布均匀性得到明显改善。 结论： (1)酸洗高温氧化处理使SiC粒子明显钝化，表面被非晶SiO2膜包围，粒子表面状态得到改善；(2)通过碱溶出氢氟酸盐处理使SiC粒子表面粗糙化，K2ZrF6在粒子表面结晶析出； (3)碱洗酸处理后的SiC粒子表面平整、清洁、角度钝化的(4)SiC粒子经过各种工艺表面处理后，与原始状态相比凝聚现象明显减少。 参考文献1晏义伍.