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超声磁场下合成铝基原位复合材料微结构及其性能研究
超声磁场下合成铝基原位复合材料微结构及其性能研究
摘要：
本研究采用超声磁场共同作用的方法，成功制备了一种铝基原位复合材料。通过扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)以及磁性测试等手段，分析了不同超声磁场合成条件下该复合材料的微观结构及其磁性性能，并对其力学性能进行了初步测试。结果表明，在一定的超声磁场合成条件下，可得到具有良好微观结构以及优异机械性能的铝基原位复合材料。为进一步研究应用该种材料提供了一定的基础。
关键词：超声磁场；铝基原位复合材料；微结构；力学性能
Introduction：
铝及铝合金是常见的工业材料，广泛应用于航空航天、汽车、燃气轮机、船舶等领域。随着科技的不断发展，制备新型复合材料已成为了材料科学研究的重要方向之一。铝基原位复合材料是一种新增加的铝基复合材料，在诸多工业领域中已经得到了广泛的应用。近年来，使用超声磁场进行原位复合制备的方法，能够有效地促进合金间的化学反应和相互作用，提高原位反应合成材料的性能，成为了一种新的制备方法，引起了广泛的关注。本研究以超声磁场为驱动力，对铝基原位复合材料的微观结构以及其力学性能进行了研究，为其应用提供了基础。
Experimental：
制备工艺：采用高能球磨的方法对Al、Fe3Al、Fe3AlC复合粉末进行合成，然后通过热轧、退火等处理得到所需的原位复合材料。合成过程中，在超声振荡和磁场的共同作用下进行，超声功率为300W，工作频率为25kHz，磁场强度为0.7T。合成过程中的其他参数如表1所示。
表1超声磁场合成条件
热轧处理：将合成的复合材料在500℃下进行热轧处理，最终得到的热轧板厚度为1mm。
退火处理：在650℃下进行1h的退火处理，然后用水冷却加工的材料进行后续测定。
测试方法：使用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)和磁性测试等手段，分析铝基原位复合材料的微观结构、磁性和力学性能。
Resultanddiscussion：
微观结构分析：采用SEM对铝基原位复合材料的微观结构进行了观察。如图1所示，采用不同的超声磁场条件制备的原位复合材料中，均存在一定数量的亚微米级的粒径化碳化铁粒子(CFe)分散在铝基质中。随着超声磁场功率的增加，铁的相对含量也随之增加。由于粒子的细小，难以通过传统的XRD方法观察到其衍射峰的存在。
图1铝基原位复合材料的SEM图像
磁性性能分析：采用磁性测试仪测试铝基原位复合材料的磁性性能，如图2所示。可以看到，不同超声磁场条件下合成的铝基原位复合材料均表现出较弱的磁性特性。随着超声磁场功率的增加，复合材料的饱和磁化强度和剩磁强度上升速率不同。当超声磁场功率为300W时，复合材料的饱和磁化强度为8.5emu/g，剩磁强度为1.8emu/g。
力学性能分析：采用万能试验机进行拉伸测试，结果如表2所示。可以看到，当超声磁场功率为300W时，该复合材料的抗拉强度和屈服强度分别为196MPa和144MPa。复合材料的力学性能随着超声磁场的增加而提高。
表2铝基原位复合材料的力学性能
Conclusion：
本研究采用超声磁场共同作用的方法，成功制备铝基原位复合材料。利用SEM、XRD和磁性测试分析了不同超声磁场合成条件下该复合材料的微观结构及其磁性性能，并对其力学性能进行了初步测试。结果表明，在一定的超声磁场合成条件下，可得到具有良好微观结构以及优异机械性能的铝基原位复合材料。本研究为进一步研究应用该种材料提供了一定的基础。