SiC納米線誘發(fā)Al基體層錯(cuò)和孿晶的形成機(jī)制及其對(duì)力學(xué)行為的影響.pdf

1、隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)結(jié)構(gòu)材料提出了更加苛刻的要求。納米金屬基復(fù)合材料由于具有遠(yuǎn)高于微米復(fù)合材料的強(qiáng)化效率，成為理想的結(jié)構(gòu)材料之一。目前對(duì)納米復(fù)合材料的組織特征研究還不深入。另一方面，鋁是層錯(cuò)能極高的面心立方金屬，通常難以形成面缺陷。目前關(guān)于晶界誘發(fā)鋁中層錯(cuò)和孿晶的研究已經(jīng)很多，然而鋁基復(fù)合材料中界面誘發(fā)鋁基體層錯(cuò)和孿晶的研究還未見(jiàn)報(bào)道。為了研究高含量相界面對(duì)鋁基體組織及力學(xué)性能的影響機(jī)制，獲得高強(qiáng)化效率的納米復(fù)合材料，本文采用擠壓

2、鑄造法成功制備了體積分?jǐn)?shù)10％~30%的SiC納米線增強(qiáng)純鋁和6061鋁復(fù)合材料，系統(tǒng)地研究了SiC納米線對(duì)基體缺陷形式和析出行為的影響機(jī)制。同時(shí)針對(duì)SiC納米線的特征，研究了界面形貌、相界面含量、熱擠壓變形等對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，并對(duì)其強(qiáng)化機(jī)理進(jìn)行了研究。
　　本文首先研究了SiC納米線的組織結(jié)構(gòu)，柱狀和竹節(jié)狀兩種形貌的SiC納米線均是由2H和3C結(jié)構(gòu)的小片段復(fù)合而成的一種復(fù)合型結(jié)構(gòu)，竹節(jié)狀形貌是由于納米線中孿晶的周期性導(dǎo)致

3、的。
　　研究了SiC納米線增強(qiáng)純鋁復(fù)合材料的微觀組織。SiC納米線與基體之間沒(méi)有發(fā)現(xiàn)界面反應(yīng)，并且也沒(méi)有明顯的位相關(guān)系。當(dāng)體積分?jǐn)?shù)為10%至25%時(shí)，SiCnw/Al復(fù)合材料的缺陷形式為位錯(cuò)。當(dāng)體積分?jǐn)?shù)達(dá)到30%時(shí)，復(fù)合材料基體的缺陷形式由位錯(cuò)變?yōu)閷渝e(cuò)和孿晶。基體中包括單孿晶和雙重孿晶，其中單孿晶在電子束長(zhǎng)時(shí)間照射下會(huì)發(fā)生退孿生現(xiàn)象，而雙重孿晶則不會(huì)。對(duì)復(fù)合材料生成的孿晶進(jìn)行分析表明：基體中的單孿晶為零應(yīng)變孿晶，用隨機(jī)不全位錯(cuò)機(jī)

4、制可以解釋；雙重孿晶為兩個(gè)零應(yīng)變孿晶滑移相交形成，在節(jié)點(diǎn)處生成面角位錯(cuò)從而使雙重孿晶十分穩(wěn)定。依據(jù)發(fā)射全位錯(cuò)和不全位錯(cuò)的臨界切應(yīng)力，計(jì)算出了相界面面積與鋁基體形成層錯(cuò)的臨界界面含量條件，當(dāng)界面面積超過(guò)臨界值后，基體中優(yōu)先發(fā)射不全位錯(cuò)形成層錯(cuò)和孿晶。電子束長(zhǎng)時(shí)間照射會(huì)使樣品溫度升高，從而改變了基體的切變模量，提高了界面面積的臨界值從而使單孿晶發(fā)生了退孿生現(xiàn)象。
　　研究了SiC納米線增強(qiáng)6061Al復(fù)合材料的微觀組織及時(shí)效硬化行為。

5、體積分?jǐn)?shù)為10%~25%的SiCnw/6061Al復(fù)合材料的時(shí)效硬化規(guī)律相似，時(shí)效硬度均是先升高后降低，達(dá)到峰時(shí)效的時(shí)間為5小時(shí)。但是在過(guò)時(shí)效階段，復(fù)合材料的硬度下降速度和下降幅度都遠(yuǎn)高于基體6061Al合金。復(fù)合材料的欠時(shí)效組織為GP區(qū)，峰時(shí)效組織β''相，過(guò)時(shí)效組織為B'相。過(guò)時(shí)效組織與6061鋁合金的β相不同，分析認(rèn)為這是由于Mg元素在界面處大量偏聚導(dǎo)致基體中的Mg/Si比降低造成的，適宜生成Mg/Si比小的B'相。為了證明這一推

6、斷，向15vol.%-SiCnw/6061Al復(fù)合材料中加入了0.8wt.%的Mg元素后，過(guò)時(shí)效組織中出現(xiàn)了β相，并且提高了復(fù)合材料過(guò)時(shí)效的硬度值，從而證明了復(fù)合材料過(guò)時(shí)效硬度下降是由于Mg元素偏聚從而生成B'相沉淀強(qiáng)化不足所導(dǎo)致的。30vol.%-SiCnw/6061Al在時(shí)效初期，基體中同樣存在層錯(cuò)和孿晶，但是隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，層錯(cuò)和孿晶的密度顯著降低，演化為一種與基體共格的菱形相，經(jīng)表征菱形相為基于Si偏聚區(qū)的層錯(cuò)四面體。分析表

7、明，這種新型的層錯(cuò)四面體與傳統(tǒng)的空位型層錯(cuò)四面體的結(jié)構(gòu)及其形成條件均有顯著不同。對(duì)這種層錯(cuò)四面體的形成機(jī)制進(jìn)行了分析：由于Mg元素大部分偏聚在界面處，基體中只能形成Si元素的偏聚區(qū)，而層錯(cuò)優(yōu)先在Si偏聚區(qū)的界面處形核，Si偏聚區(qū)周圍的(111)晶面族上的層錯(cuò)相交反應(yīng)最終形成層錯(cuò)四面體，本文將其命名為偏聚型層錯(cuò)四面體。
　　研究了SiC納米線形貌、SiC納米線含量、SiC納米線排布對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。竹節(jié)狀SiC納米線的強(qiáng)化效

8、率高于柱狀SiC納米線，隨著竹節(jié)狀納米線含量的提高，SiCnw/6061Al復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和延伸率均提高。強(qiáng)度和塑性的提高主要是由于竹節(jié)狀SiC納米線具有更多的界面面積以及更強(qiáng)的界面結(jié)合所致。隨著SiC納米線含量的提高，SiCnw/Al和SiCnw/6061Al復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度和微屈服強(qiáng)度逐漸提升，當(dāng)體積分?jǐn)?shù)達(dá)到30%時(shí)，復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度和微屈服強(qiáng)度都有偏離強(qiáng)度和體積分?jǐn)?shù)線性關(guān)系的躍升，這種躍升與基體中缺陷形式變化有關(guān)。結(jié)果顯示