【摘 要】
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Al-Zn-Mg-Cu合金由于具有密度低、比强度高、比刚度高和耐腐蚀性好等优异的综合性能,被广泛的应用于汽车、高铁和飞机的制造中,是公认的对重量和强度具有严格要求的结构材料中理想的轻质合金。因此,制备高性能Al-Zn-Mg-Cu合金具有研究价值和实际意义。本实验通过粉末冶金、放电等离子烧结和真空快淬等技术,制备了三种复合材料孕育剂:Ti N-Al N-Al3Ti/Al、Al N-Ti C/Al和T
【基金项目】
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国家自然科学基金（51871087）；
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Al-Zn-Mg-Cu合金由于具有密度低、比强度高、比刚度高和耐腐蚀性好等优异的综合性能,被广泛的应用于汽车、高铁和飞机的制造中,是公认的对重量和强度具有严格要求的结构材料中理想的轻质合金。因此,制备高性能Al-Zn-Mg-Cu合金具有研究价值和实际意义。本实验通过粉末冶金、放电等离子烧结和真空快淬等技术,制备了三种复合材料孕育剂:Ti N-Al N-Al3Ti/Al、Al N-Ti C/Al和Ti C@Ti N-Ti2N-Al4C3/Al复合材料孕育剂。通过X射线衍射和扫描电镜对复合材料孕育剂的相组成和其中纳米陶瓷颗粒的形貌、尺寸和分布进行了详细研究。同时,通过X射线衍射、金相显微镜、扫描电镜、透射电镜和万能试验机对添加不同含量复合材料孕育剂的Al-Zn-Mg-Cu合金的晶粒尺寸、显微结构、位向关系和力学性能进行了测试和分析。最后,对复合材料孕育剂变质细化和强化Al-Zn-Mg-Cu合金的机制进行了系统研究。实验结果表明,三种复合材料孕育剂对Al-Zn-Mg-Cu合金具有优异的变质细化和强化效果。对于Ti N-Al N-Al3Ti/Al复合材料孕育剂,添加1%Ti N-Al N-Al3Ti/Al复合材料孕育剂的Al-Zn-Mg-Cu合金具有最好的细化和强化效果。合金的平均晶粒尺度从～95μm降为～45μm,抗拉强度和断后延伸率分别从472 MPa和6.79%提高到538 MPa和9.05%。对于Al N-Ti C/Al复合材料孕育剂,添加1%Al N-Ti C/Al复合材料孕育剂的Al-Zn-Mg-Cu合金具有最好的细化和强化效果。合金的平均晶粒尺度从～95μm降为～55μm,抗拉强度和断后延伸率分别从443 MPa和7.24%提高到490 MPa和10.06%。对于Ti C@Ti N-Ti2N-Al4C3/Al复合材料孕育剂,添加1%Ti C@Ti N-Ti2N-Al4C3/Al复合材料孕育剂的Al-Zn-Mg-Cu合金具有良好的力学性能。合金的平均晶粒尺度从～105μm降为～35μm,抗拉强度和断后延伸率分别从434 MPa和7.14%提高到505 MPa和9.15%。通过对实验结果的进一步分析表明,三种复合材料孕育剂变质细化Al-Zn-Mg-Cu合金的主要机制都是通过向Al-Zn-Mg-Cu合金中添加原位反应生成的与基体具有良好匹配关系的陶瓷颗粒,这些陶瓷颗粒可以作为Al-Zn-Mg-Cu合金的异质形核核心,通过增加形核率的方式变质细化Al-Zn-Mg-Cu合金。同时,也探究了作为铝基体异质形核核心的基本条件,其关键就是和铝基体的错配度低并具有特定的位向关系。然后,对三种复合材料孕育剂强化Al-Zn-Mg-Cu合金的主要机制进行了详细研究,分析结果表明,其主要强化机制为晶粒细化导致的细晶强化和添加纳米陶瓷颗粒导致的弥散强化。细晶强化的作用效果可以用霍尔-佩奇关系式衡量,晶粒越细小,强化效果越明显;弥散强化的作用效果可以用奥罗万机制衡量,添加到合金中的陶瓷颗粒的尺度越细小,在合金中分布地越均匀,其在合金中的强化效果越明显。
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