SnO2涂覆硼酸鋁晶須增強鋁基復(fù)合材料熱軋行為與性能研究.pdf

1、硼酸鋁晶須增強鋁基復(fù)合材料因其具有高的比強度和模量、低的熱膨脹系數(shù)、良好的耐腐蝕性以及相對不高的生產(chǎn)成本而成為一種具有巨大應(yīng)用潛力的復(fù)合材料。然而,晶須的加入導(dǎo)致復(fù)合材料的塑性嚴重下降,其二次成形能力遠低于金屬材料,因此二次成形加工成為阻礙該類復(fù)合材料廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵問題。本文以提高硼酸鋁晶須增強鋁基復(fù)合材料的熱軋變形能力為目的,在增強體預(yù)制件制備過程中對晶須進行SnO2涂覆,通過擠壓鑄造過程中SnO2與Al基體發(fā)生界面反應(yīng)生成低熔點的S

2、n,利用熱軋過程中Sn熔化成液態(tài)來松弛應(yīng)力集中,并對晶須的轉(zhuǎn)動和基體的變形產(chǎn)生潤滑作用,以實現(xiàn)復(fù)合材料高軋制比的軋制變形。
　　實驗中采用化學(xué)沉淀法對硼酸鋁晶須表面進行SnO2涂覆,采用擠壓鑄造工藝制備了具有不同SnO2涂覆量的硼酸鋁晶須增強純Al以及6061Al合金基復(fù)合材料,并分別在400℃、450℃和500℃對其采用鋁合金包套后的多道次熱軋,軋制比分別為30％、50%和70%。利用X射線衍射、掃描電鏡、透射電鏡對復(fù)合材料的微

3、觀組織與形貌進行分析,通過由極圖計算的取向分布函數(shù)對Al基體中的軋制織構(gòu)進行分析,并對軋后復(fù)合材料的拉伸性能和熱膨脹行為進行了測試,主要探討了SnO2涂覆量、軋制比和軋制溫度對軋態(tài)復(fù)合材料微觀形貌、織構(gòu)演化、拉伸性能和熱膨脹行為的影響規(guī)律。
　　微觀組織分析結(jié)果表明,涂覆SnO2的復(fù)合材料在界面處生成了不連續(xù)分布的Sn。在熱軋過程中,液態(tài)的Sn發(fā)揮了松弛應(yīng)力和潤滑作用,軋后晶須的折斷程度有所降低,并且改善了界面結(jié)合。軋制比的提高可

4、以使在低軋制比下形成的微觀裂紋有效地愈合,并且在降低晶須長徑比的同時,提高晶須的定向排列程度。軋制溫度的升高可以使基體軟化,從而降低軋制過程中晶須的折斷程度,同時也加劇了基體的動態(tài)再結(jié)晶和界面反應(yīng)的程度。
　　軋制織構(gòu)研究表明,晶須的存在和動態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生導(dǎo)致熱軋復(fù)合材料中形成了明顯不同于Al及Al合金的典型軋制織構(gòu)的特殊織構(gòu)。隨著軋制比的增加,織構(gòu)類型由板織構(gòu)向絲織構(gòu)轉(zhuǎn)變,并且絲織構(gòu)的強度和完善程度受軋制溫度和SnO2涂覆量的影

5、響。另外,織構(gòu)成分也因基體的改變而有所差異。
　　拉伸性能研究表明,熱軋后復(fù)合材料的斷裂延伸率普遍降低,但強度和模量明顯提高,尤其是屈服強度得到了大幅度提高。對于熱軋復(fù)合材料的拉伸性能而言,存在一個最佳的SnO2涂覆量。在低于和高于該涂覆量時,復(fù)合材料的拉伸性能都明顯降低,這主要是由于適量的SnO2涂覆一方面可以通過降低晶須的折斷程度來保證軋后晶須的承載能力,另一方面可以形成結(jié)合強度適中的界面以提高基體與晶須之間的載荷傳遞能力。軋

6、制比的增加可以愈合復(fù)合材料中的微觀裂紋,并大幅度提高晶須沿軋向的定向排列程度,從而使拉伸性能得到提高。軋制溫度對熱軋復(fù)合材料拉伸性能的影響主要與其導(dǎo)致的晶須折斷和定向排列、界面反應(yīng)以及基體加工硬化程度有關(guān)。
　　熱膨脹行為研究表明,SnO2涂覆有利于熱軋復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)的降低,以及提高熱循環(huán)后熱膨脹系數(shù)的穩(wěn)定性,這主要是因為低熔點Sn的存在有利于加速復(fù)合材料中熱殘余應(yīng)力的松弛。隨軋制比的提高,熱軋復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)降低而熱循環(huán)后