多重纳米结构轻质高强铝基复合材料的制备和组织性能

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaOct，252014V01．35No102802—2812ISSN1000—6893ON11—1929／Vhttp：Hhkxb．buaaedu．cnhkxb@buaaeducrl多重纳米结构轻质高强铝基复合材料的制备和组织性能郑瑞晓，张艺镡，马朝利*，马凤梅，肖文龙北京航空航天大学材料科学与2T_-程学院，北京100191摘要：为了研究多重纳米结构对块体材料强化和变形能力的影响机制，采用粉末冶金法制备了多重纳米结构的B4c颗粒增强铝基复合材料，并对复合材料的强化和形变破坏机制进行了定量和定性的讨论。由10

2、0％球磨复合粉末制备的块体复合材料的室温压缩强度为670MPa；当加人lOvol％气雾化态的A12024粉末后，复合材料的室温压缩强度升高到1．115GPa；之后随着气雾化态A12024粉末含量的增加，复合材料的强度逐渐下降，但是没有产生明显的塑性变形；当气雾化态A12024粉末的含量增加到50vo[％时，复合材料的压缩强度下降到580MPa，断裂前变形率达到了10％。扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)的分析结果显示，亚微米级的B4C颗粒、位错以及纳米晶基体分别通过Orowan强化、位错强化和细晶强化机制对复合材料进行强化；粗晶A12024区域与复合结构区域的比例显著影响复合材

3、料的形变及破坏机制。关键词：多重纳米结构；金属基复合材料；机械球磨；强化机制；力学性能中图分类号：V257；TGl46．2+1文献标识码：A文章编号：1000—6893(2014)lO2802—11近年来，颗粒增强金属基复合材料(Particu—lateReinforcedMetalMatrixComposites，PRM—MC)受到了广泛的关注和深入的研究。与传统的金属材料相比，PRMMC具有优异的比强度和比刚度，且耐热性好、尺寸稳定性高；与陶瓷材料相比，PRMMC的塑性、韧性及二次加工性能要优异的多。因此，PRMMC在航空航天、交通运输和核工业等领域具有广阔的应用前景[1屯]。

4、在众多的PRMMC中，颗粒增强铝基复合材料由于其轻质高强的突出特点，受到的关注度最高D。6]。目前，已经有很多颗粒增强铝基复合材料在航空领域被成功应用，取代原有材料，获得了很高的效益。例如，美国加州的DWA特种复合材料公司已用SiC。／A16092铝基复合材料代替石墨环氧树脂，制造普惠4084&4090涡轮发动机的前级风扇叶片并成功应用在波音777飞机上，不但大幅度降低了叶片的制造成本而且显著改善了发动机的综合气动性能和耐腐蚀性能。碳化硼(B。C)具有极高的硬度，在自然界中其硬度仅次于金刚石和立方氮化硼(BN)，并且具有低密度(2．52g／cm3)和高耐磨性等特点[7]。上述特性使

5、得B。C成为颗粒增强铝基复合材料中强化相的理想候选材料之一。粉末冶金法是最早开发用于制备PRMMC的方法，通常包括复合粉末高能机械球磨(Me—chanicalMilling，MM)、热压烧结和后续热机械收稿日期：2014—04—22；退修日期：2014—06—09；录用日期：2014—07—08；网络出版时间：2014—07—1708：45网络出版地址：WWW．cnkinet／kcrns／detail／107527／S1000·68932014．0149．htmI基金项目：国家“973”计划(201208619503)；国家“863”计划(2013AA031001)；国家国际科技合

6、作专项(2012DFA50630)*通讯作者Tel：010-82339772E-mail：machaoli@buaa．educrl戮穗格武iZhengRX，ZhangYT，MaCL，etatPreparationandinvestigationofmicrostructureandmechanicalpropertiesofultra—highstrengthAIalloymatrixcompositeswithhybridnanostructureEJJ．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2014，35(10)：2802—2812．郑瑞晓．张

7、艺镡，马朝刺．等多重纳米结构轻鹱高强铝基复合材料的钢备和组织性能!J]航空学摄．2014．35(10)：2802—2812．郑瑞晓等：多重纳米结构轻质高强铝基复合材料的制备和组织性能处理等技术步骤。由于制备温度一般低于铸造法的，且增强体的体积分数可以在较大范围内精确调控，因而是制备高性能纳米结构金属基复合材料的重要方法。通过对陶瓷颗粒和铝合金粉末进行混合高能球磨，不但能使脆性的陶瓷颗粒进一步破碎，并弥散分布到铝合金粉末中，而且能起到细化铝合金晶粒的作用。复合粉末的成型