銅涂覆硼酸鋁晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料組織與性能研究.pdf

1、本文首先采用化學(xué)鍍方法在硼酸鋁晶須表面涂覆金屬銅(Cu)涂層，以6061Al合金為基體，利用擠壓鑄造方法制備了晶須體積分?jǐn)?shù)為20％的硼酸鋁晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。用掃描電鏡(SEM)，透射電鏡(TEM)、X射線衍射(XRD)等分析測試手段研究了金屬涂層和復(fù)合材料的微觀組織結(jié)構(gòu)；并且用萬能電子拉伸測試機(jī)、熱膨脹測試儀、硬度等方法研究了復(fù)合材料的力學(xué)性能。
　　硼酸鋁晶須因其高強(qiáng)度、高模量、低的熱膨脹系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)而被作為增強(qiáng)體制備金屬基復(fù)

2、合材料。本文用正交設(shè)計(jì)法優(yōu)化了硼酸鋁晶須表面化學(xué)鍍銅工藝，獲得了Cu包覆硼酸鋁晶須，分析了施鍍參數(shù)與沉積速率之間的關(guān)系，并對鍍覆層形貌進(jìn)行了SEM觀察。結(jié)果表明，鍍液的pH值及穩(wěn)定劑的含量對鍍速的影響最為顯著，晶須分散好、鍍層比較均勻。
　　為了評(píng)價(jià)這種涂覆技術(shù)，制備了未涂覆晶須和涂覆晶須增強(qiáng)6061Al復(fù)合材料，并且在490℃固溶處理不同的時(shí)間。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，銅涂層的引入改變了晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的界面狀態(tài)，固溶處理對涂覆晶須ABO

3、w/Cu/Al復(fù)合材料的界面結(jié)合狀態(tài)有極為重要的影響。研究表明，在固溶處理過程中CuO與鋁基體之間發(fā)生界面反應(yīng)，雖然銅涂層不能完全阻止鎂元素從基體向晶須表面的擴(kuò)散、但是能明顯抑制硼酸鋁晶須和6061Al基體合金之間的界面反應(yīng)，減少鎂元素的損耗，這對后續(xù)的時(shí)效熱處理是有利的。
　　由于銅顆粒在晶須表面上分布的不均勻性，特別是在銅含量最少的1Cu-30ABOw/Al復(fù)合材料中使得涂層復(fù)合材料中仍然存在MgAl2O4反應(yīng)，但是反應(yīng)產(chǎn)物M

4、gAl2O4的尺寸和數(shù)量較小，隨著銅含量的增加，涂層抑制MgAl2O4界面反應(yīng)的效果更好，在銅含量最高的1Cu-15ABOw/Al和銅含量較高的1Cu-20ABOw/Al復(fù)合材料中無論是鑄態(tài)還是固溶態(tài)都沒有發(fā)現(xiàn)MgAl2O4，說明銅含量高的復(fù)合材料更容易阻止鎂元素從基體向晶須表面的擴(kuò)散。
　　在鑄態(tài)條件下晶須表面上的界面相是不同的，對于產(chǎn)物中只含有Cu與Al的界面相而言，復(fù)合材料中Cu含量越多，金屬間化合物中Cu就越多。
　

5、　固溶處理對涂覆晶須ABOw/Cu/Al復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度有重要影響，但是對不同Cu含量的復(fù)合材料的影響規(guī)律又有所不同。在本文中，制備了四種涂覆晶須ABOw/Cu/Al復(fù)合材料，銅與硼酸鋁晶須之間的體積比分別為1:15、1:20、1:25和1:30，未涂覆晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度隨著固溶處理時(shí)間的增加先增加而后急劇降低，用1Cu-15ABOw/Al表示銅與硼酸鋁晶須體積比為1:15時(shí)晶須增強(qiáng)6061鋁基復(fù)合材料，其他類似。1Cu-

6、15ABOw/Al復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度隨著固溶處理時(shí)間的延長先大幅度升高后略有下降，1Cu-20ABOw/Al復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度隨著固溶處理時(shí)間的延長先升高然后又下降，存在一個(gè)峰值；1Cu-25ABOw/Al和1Cu-30ABOw/Al兩種復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度隨著固溶處理時(shí)間的增加先升高而后趨于穩(wěn)定。但是，對于1Cu-30ABOw/Al復(fù)合材料而言，不僅僅在鑄態(tài)條件下拉伸強(qiáng)度最高，而且固溶處理后，拉伸強(qiáng)度升高，隨著固溶時(shí)間改變小，性能穩(wěn)定，