近年来,铝基纳米复合材料(AMNCs)逐渐成为研究热点。除了比强度高、比刚度大、耐磨性好等优点外,其还可以保持良好的塑性,从而在航空航天、军事和自动化领域具有广阔的应用前景。与AMNCs相比,颗粒增强铝基复合材料(AMCs)的研究已经非常成熟,并在一些领域取得了商业应用。然而,由于纳米颗粒的比表面积大,且与铝熔体的润湿性差,很难获得高含量的AMCs,导致材料力学性能的改善有限。
热处理对复合材料具有良好的强化效果,且工艺相对简单,成本较低。如Al-Cu合金中,可以通过控制Al2Cu相的溶解和时效沉淀顺序来改性Al-Cu合金基复合材料。虽然部分研究发现了一些有趣的现象,但固溶处理对复合材料微观结构和性能的影响仍然缺乏深入的研究。此外,关于纳米SiCp/Al-Cu复合材料固溶处理的研究还未见报道。
通过比较复合材料和基体合金之间的微观结构演变,华中科技大学吴树森教授课题组首次研究了纳米SiC颗粒(即纳米SiCp)对1%含量的纳米SiCp/Al-Cu复合材料的溶解行为及其性能的影响。相关成果以题为“Effects of nanoparticles on the solution treatment and mechanical properties of nano-SiCp/Al-Cu composites” 发表于《Journal of Materials Processing Tech.》。文中详细研究了固溶温度和时间对T4处理的复合材料微观结构的影响,并讨论了纳米粒子对T6处理的纳米SiCp/Al-Cu复合材料的固溶处理和力学性能的影响。
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结果表明,与传统的Al-Cu基合金固溶处理工艺不同,由于纳米SiCp对Al2Cu相固溶行为的阻碍效应,复合材料需要更高的固溶温度下才能表现出更好的力学性能。考虑到Al2Cu相的固溶效应,1%含量的纳米SiCp/Al-Cu复合材料的最佳固溶处理为540 ℃×10 h。
在540 ℃固溶处理后,经T6处理的复合材料表现出优异力学性能,其硬度(HV)、抗拉强度和屈服强度分别为150、500 MPa和350 MPa,分别比铸态复合材料提高了120%、82%和106%,且伸长率保持良好。与T6处理的Al-Cu合金相比,纳米SiCp/Al-Cu复合材料的极限抗拉强度和屈服强度分别提高了16.3%和34.6%。
θ′沉淀引起的沉淀强化是T6处理复合材料强度提高的最重要因素。纳米SiCp可以促进时效过程中第二相的沉淀,因此其存在不仅表现出自身的强化作用,而且显著增强了基体的沉淀强化作用。
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