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近年来,由于高比强度、比刚度材料在航空航天、军工及汽车工业中的迫切需求,颗粒增强铝基复合材料作为一类重要的轻质结构材料成为研究热点。
本论文采用机械合金化非平衡态技术制备了平衡态下无法合成的高熔点差、高密度差W14Al86合金及未见报道的W-Al-Mo系列三元合金粉末,利用高硬高强W14Al86合金(或W-Al-Mo三元合金、Al-Mo合金)为增强颗粒相,铝及7系组成的铝合金为基体相材料,通过真空热压烧结技术以及自主研发的叶腊石介质密封的半固态触变成形方法制备了一系列以W14Al86合金及原位生成的金属间化合物WAl12、MoAl12为增强相的高力学性能铝基复合材料。结合粉末X-衍射、ESEM、EDAX、电子万能力学测试仪等分析测试,研究了制备条件与材料的晶体结构、显微组织、显微硬度、拉伸强度、弹性模量、延伸率的关系及复合材料的组成、结构、颗粒尺寸和分布状态与力学性能的关系。
研究结果表明:
1.合金W14Al86、金属间化合物WAl12、MoAl12都是良好的铝基复合材料的增强相材料,其中W14Al86是铝基材料中理想的增强物质。
2.建立的半固态触变成形方法是制备亚微米级弥散强化铝基复合材料的有效手段,它具有设备简单、成本低、压力高、时间短、高致密、不易氧化、微观组织细密等特点。
3.机械合金化能将增强颗粒在基体相粉末中以固相形式高效率、细颗粒均匀分散,是制备铝基复合材料高弥散坯体的有效方法。
4.通过合成条件的控制可使Zn、Mg、Cu等元素固溶在Al中形成合金,并对基体相强度的提高发挥重要作用。
5.制备了22wt%WAl12增强的铝基复合材料,拉伸强度为487MPa,弹性模量75GPa,显微硬度为1.58GPa,延伸率3.8%。其高温性能与TiB2、Al2O3-SiO2增强的ZL109复合材料相当。
6.制备了7wt%WAl12增强的Al-Zn-Mg-Cu-Co-Cr基复合材料,拉伸强度为632MPa,弹性模量为95GPa,显微硬度为2.22GPa,延伸率为4.9%。
7.制备了5wt%W14Al86增强的Al-Zn-Mg-Cu-Co-Cr基复合材料,拉伸强度为771MPa,弹性模量99GPa,微观硬度为2.68GPa,延伸率为5.2%。性能指标显著高于文献报道的其它颗粒增强铝基复合材料和各种牌号铝合金,是一种很有发展前景的新型高强、高硬铝基复合材料。