纳米SiC颗粒增强铝基复合材料的拉伸性能(完整版)实用资料.doc

纳米SiC颗粒增强铝基复合材料的拉伸性能（完整版）实用资料
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收稿日期:2004-09-16
基金项目:教育部跨世纪优秀人才培养计划项目;国家自然科学基金资助项目(50474084;辽宁省科技计划项目(2004221010・作者简介:贺春林(1964-,男,辽宁葫芦岛人,东北大学博士后研究人员,沈阳大学教授;刘常升(1963-,男,内蒙古奈曼旗人,
东北大学教授,博士生导师;孙旭东(1961-,男,吉林磐石人,东北大学教授,博士生导师;才庆魁(1944-,男,黑龙江绥化人,沈阳大学教授,博士生导师・
第26卷第6期2005年6月
东北大学学报(自然科学版JournalofNortheasternUniversity(NaturalScienceVol.26,No.6Jun.2005
文章编号:1005-3026(200506-0554-04
纳米SiC颗粒增强铝基复合材料的拉伸性能
贺春林1
,刘常升1
,孙旭东1
,才庆魁
2
(1.东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳110004;2.沈阳大学材料科学与工程系,辽宁沈阳110044
摘要:用粉末冶金法制备了纳米SiC颗粒增强纯Al基复合材料(AlMMCs,对该材料的微观结构和拉伸性能进行了研究・结果表明,纳米SiC颗粒在含量很少时即对Al有明显的强化作用,此时,纳米颗粒在基体中的分散比较均匀;当含量较高时则纳米颗粒易于团聚,团聚会使SiC颗粒对Al的强化作用降低・纳米SiC颗粒含量发生变化,SiCp/AlMMCs的断裂机制也有所改变・关键词:Al;纳米SiC颗粒;金属基复合材料;结构;拉伸性能中图分类号:TB331文献标识码:A
颗粒增强铝金属基复合材料(AlMMCs的性能与增强相的尺寸有很大关系,广泛使用的颗粒大都在3~30μm之间・研究表明,增强相尺寸
越小,则增强效果越好[1~3]
・这是因为小颗粒不仅自身很少存在结构缺陷,而且其周围还具有更高的热错配位错密度
[2~4]
・
也有人发现,0.15μm的亚微米Al2O3颗粒增强AlMMCs虽然具有较高的强度和塑性,但材料组织中不存在由热错配引起的位错,AlMMCs的强化机制有所改变[5]
・纳米颗粒对Al也表现出良好的强化作用[6,7],但因细小颗粒易于团聚,因而使其增强效果大为降低[7,8];而且,纳米颗粒的体积分数一般都很小(<3%
[7,8]
,当体积分数达到5%时,已不能制备
出合格的拉伸样品[8]
・
为了便于理论分析,本文拟采用纯Al为基体,选取纳米级SiC颗粒为增强体,对AlMMCs的拉伸性能、组织结构进行研究,并对复合材料的增强机制进行探讨・
1实验材料与方法
1.1纳米SiCp/AlMMCs的制备
本实验所用的基体原料为惰性气体雾化纯铝粉,Al粉平均粒度为6μm,纯度为99.9%・增强相SiC粉由激光诱导化学气相沉积法制备,平均尺寸为25nm,纯度为98%~99%,为β晶型・
纳米SiC粉体在具有较好分散性的丙酮和异丙醇混合液中超声波分散30min后,立即将其倒入装有钢球和铝粉的球磨罐中,并用行星式球磨机进行湿混,球磨机转速为130~160r/min,球磨时间为8h・球磨后的粉体,于真空干燥箱中干燥・为了比较,纯Al也经过相同的球磨湿混过程・
球磨混合粉经过冷压成型,真空除气处理和630℃,10
-3
Pa条件下真空热压40min后,即制
得相对密度达90%以上的坯锭・烧结坯锭经机加工后,封装于工业纯铝的包套内,于420℃进行热挤,挤压比为40∶1,挤出的复合材料直径为14mm的棒材・1.2纳米SiCp/AlMMCs的拉伸试验
试样由经过挤压的棒材车削加工而成,轴向与挤压方向平行・标距长度和直径分别为40mm和8mm・在电子拉伸试验机上进行拉伸实验,应变速率为4.17×10
-4
s-1
・1.3纳米SiCp/AlMMCs的拉伸断口和组织观
察
对拉伸断口进行SEM观察,以确定复合材料的微观断裂机制・
取SiCp/AlMMCs纵断面,在SEM下观察微观组织结构・2实验结果
2.1纳米SiCp/AlMMCs组织
SiCp(25nm/AlMMCs在SiC中的体积分数
为1%时,分散性很好,没有团聚,但有些区域颗粒偏少(见图1a・由图可见,纳米颗粒沿挤压方向(图中箭头指向有规律地呈纵队排布・当SiC体积分数提高至3%时,局部出现小的团聚(见图1b・继续提高至5%时,虽然一些区域颗粒分散较均匀,但大部分区域颗粒团聚非常明显,团聚体较大(见图1c・团聚体长轴沿挤压方向(图中箭头指向排列,类似于一个大颗粒的行为・然而,二者之间却有明显不同,大颗粒不能变形,只能作整体旋转使自己与轴向尽量取向一致;而团聚体因内部疏松,在挤压过程中,依靠其自身发生变形,使团聚体颗粒伸长,而不