原位生长尖晶石晶须增强al-mg合金基复合材料制备与时效强化的研究

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2、和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要铝基复合材料由于其密度低、比强度高、良好的耐磨、耐热性和尺寸稳定性而成为高性能结构材料的重点研究方向，具有广阔的应用前景。MgAl2O4尖晶石晶须具有熔点高、缺陷少、强度高和热稳定性好的特点，是一种经济实用的铝基复合材料的增强体。采用有效的工艺方法以实现MgAl2O4晶须在基体中的均匀分散，是使其发挥良好性能的关键。本论文以分别以纯铝和铝合金为基体，探索在基体内原位生长MgAl2O4尖晶石晶须的制备工艺，在此基础上研究MgAl2O4增强铝基复合材料的微观组织和力学性能，并初步分

3、析原位合成的MgAl2O4晶须对复合材料时效动力学的影响与强化机理。以纯Al粉、Mg粉为原料，采用化学反应-粉末冶金法在纯铝基体中合成MgAl2O4晶须，通过改变球磨预处理条件、热挤压参数以及添加氧化硼助熔剂等方式优化MgAl2O4/Al复合材料的制备成型工艺，并研究了不同含量的助熔剂在烧结过程中对晶须生成及复合材料性能的影响。结果表明，MgAl2O4/Al复合材料的力学性能可以通过调节球磨与热挤压参数得到优化，同时适量氧化硼的加入能够提高复合材料的硬度与压缩强度，但是不利于抗拉强度与热稳定性的提升。采用原位合成的方法，通过冷压烧结-热挤压、热压烧结法等不同的烧结方式，在6061铝合金基

4、体内合成MgAl2O4尖晶石晶须。通过对生成晶须微观组织结构的表征与力学性能的测试，研究了烧结条件对晶须的生成的影响，并探讨了复合材料力学性能随晶须含量的变化规律。结果表明冷压烧结过程中，随着晶须含量的增加，复合材料的硬度与抗拉强度逐渐增大，但塑性有所降低；而在热压烧结过程中，分析证明了压力的存在是晶须生长的必要条件之一。对MgAl2O4/6061Al复合材料进行不同温度与时间的固溶-时效处理，研究了复合材料时效前后的力学性能变化，确定了最佳时效工艺参数；讨论了晶须的生长对复合材料时效动力学的影响。结果表明，时效处理后的复合材料硬度最高可达到HV195，抗拉强度达400MPa。与6061

5、Al合金相比，复合材料的到达时效峰值的时间明显缩短，主要是由于晶须的生长使得复合材料在成型与时效过程中产生的高密度位错为第二相的形核与长大提供更多位置，因此复合材料的时效过程得到加速。关键词：铝基复合材料尖晶石晶须原位合成时效强化力学性能ABSTRACTAluminummatrixcomposite(AMCs),withalowdensity,highspecificstrength,goodwearandcorrosionresistance,excellentsizestabilityetc.,isbecomingoneofthemainresearchingdirectionsof

6、highperformancestructuralmaterialsandhasbroadapplicationprospects.MgAl2O4spinelwhisker,asanewkindofhardceramicreinforcement,exhibitsexcellentmechanicalpropertiesandthermalstabilitysuchashighmeltingpoint,lowdefectdensityandhighstrengthetc,becominganidealpracticalreinforcementforAMCs.Thekeytoimprov

7、ingthepropertiesofthecompositesliesinthefabricationofMgAl2O4whiskerswithgoodsizestabilityanddispersioninthematrix.Inthiswork,pureAlandAlalloywereusedasmatrixinordertoexplorefabricationtechniquesofin-situgenerationofMgA