SiCp/2024复合材料的微观组织与力学性能研究

作     者：代彪 

作者单位：昆明理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：左孝青;李敬海

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：SiCp/2024复合材料 粉末冶金 微观组织 力学性能 液相网络 

摘      要：SiCp/Al复合材料具有高比强度及比刚度、良好的导热性及耐磨性等特性,在航天航空、汽车、军工等领域有广阔的应用前景。粉末冶金法制备的SiCp/Al复合材中SiC颗粒分散均匀且无界面反应,避免了SiC颗粒与铝合金的低润湿性问题等优势,但存在SiC颗粒及铝合金基体组织对复合材料力学性能的影响规律不清晰、所制备复合材料力学性能有待进一步提高等问题。为此,本文采用粉末冶金法制备了SiCp/2024复合材料,研究了SiCp/2024复合材料的相对密度、显微组织、界面及力学性能,分析了SiC含量(37 vol.%及55 vol.%)对SiCp/2024复合材料力学性能的影响,探索了热压温度和二次热压对SiCp/2024复合材料组织及力学性能的影响及性能的改善机理,主要研究结果如下:(1)采用粉末冶金法制备了37 vol.%及55 vol.%SiC含量的SiCp/2024复合材料,SiC颗粒较均匀地分布在铝合金基体中,随着SiC颗粒含量从37 vol.%增加至55 vol.%,热压态SiCp/2024复合材料的相对密度从99.3%降低到99%;37vol.%SiCp/2024复合材料铝合金基体存在少量细小孔洞,同时伴随少量SiC颗粒断裂及破碎、以及局部区域少量SiC颗粒团聚的现象;55 vol.%SiCp/2024复合材料中孔洞尺寸较大,SiC颗粒产生裂纹及破碎的现象明显增加,局部区域SiC颗粒团聚的现象加重。(2)采用粉末冶金法制备SiCp/2024复合材料,热压过程的液相主要分布在基体铝合金及SiC颗粒之间的界面处,热压态SiCp/2024复合材料中存在盘状或片状的AlCu相及粗大条状或树枝状的S(AlCu Mg)相,经T6热处理后,复合材料中盘状或片状的AlCu相转变为θ(AlCu)相,粗大网络偏聚的条状或树枝状S(AlCu Mg)相依然存在。(3)随着SiC含量从37 vol.%增加至55 vol.%,SiCp/2024复合材料的平均弹性模量从161GPa增加至207.55 GPa,平均强度从397.8 MPa降低至328 MPa;37 vol.%SiCp/2024复合材料的断裂以铝合金的韧性断裂为主,裂纹沿界面扩展并伴随有SiC颗粒脆性断裂;55 vol.%SiCp/2024复合材料的断裂以SiC颗粒的脆性断裂为主的混合断裂。(4)采用不同热压温度制备了SiCp/2024复合材料,热压温度通过影响液相网络及致密化两方面从而影响复合材料的组织与力学性能,合适的热压温度是提高SiCp/2024复合材料料力学性能的关键所在。当热压温度为535℃时,复合材料具有适中的液相(4.65vol.%)及相对密度(99.38%),T6态37 vol.%SiCp/2024复合材料的力学性能达到了较高水平,其抗拉强度和延伸率分别为506 MPa和0.315%。(5)采用二次热压方法制备了SiCp/2024复合材料,二次热压提高了复合材料的相对密度,细化分散SiCp/2024复合材料中连续发达的液相网络,使AlCu以及AlCu Mg尺寸较小且分布较均匀。二次热压T6态37 vol.%SiCp/2024复合材料的力学性能达到了最高水平,其抗拉强度和延伸率分别为540 MPa和0.485%,与一次热压的复合材料相比,分别提升了119 MPa和0.276%。