摘要
B4Cp增强铝基复合材料结合了基体的塑性好、密度低和B4Cp颗粒增强体的高强度、高弹性模量从而具有优良的综合力学性能，满足了航空航天、国防工业等领域对高性能材料的需求。本文主要通过机械球磨混粉和氩气保护烧结的工艺路线，以实验室自主设计的2124Ti铝合金为基体，将1μmB4Cp作为主要增强体，并加入一定量的30nmSiCp使用粉末冶金制备了B4Cp/SiCp混杂增强2124型铝基复合材料，探究了制备工艺和固溶时效参数，并对B4Cp含量对材料性能的影响做了研究。本文研究的主要内容及结论如下： (1)探究了球磨混粉工艺的可行性以及不同烧结和热挤压工艺参数，主要结论如下：通过增强体湿磨分散—基体和增强体混合湿磨—干磨的球磨工艺能制备出增强体分散较均匀的复合材料粉末，且通过控制基体粉加入的时机可以制备出微观组织不同的复合材料粉末。研究发现，从微观组织和硬度、致密度等性能来看，8h烧结后材料的组织性能明显优于4h烧结；当烧结时间为8h，烧结温度在600~750℃范围内时，700℃是氩气保护烧结的最佳温度。随着温度的升高，复合材料烧结态的硬度和致密度先升高后降低，700℃×8h烧结后材料组织和性能最好，硬度和致密度分别达到224.6HV和85.5%。在挤压温度为520℃，挤压比为7：1的工艺下进行挤压可以明显提高材料的硬度和致密度。B4Cp体积分数为10%的复合材料经过热挤压之后，致密度从烧结态的87.9%提高到98.6%，硬度由141.4HV增加到172.5HV，复合材料的组织和性能得到明显改善。 (2)研究了(G1：480℃×2h+490℃×2h；G2：480℃×2h+490℃×2h+500℃×2h；G3:480℃×2h+490℃×2h+500℃×2h+510℃×2h)三种多级固溶对10%B4Cp-2%SiCp/2124Ti复合材料组织与性能的影响，并在固溶后探究了材料的最佳时效时间，结果表明：G3固溶工艺对材料性能的提升效果最佳。随着固溶温度升高和固溶时间的增加，复合材料固溶后的硬度提升明显，经185℃时效12h后，硬度达到峰值，相比于固溶前的硬度升高了23.6~50.6HV，G3固溶工艺下材料获得最佳固溶效果，材料的硬度达到244.4HV。随固溶程度增加，材料电导率下降；复合材料经过三种固溶处理并经过12h时效后，抗压强度均得到大幅提升，分别为690MPa、750MPa和765MPa，但材料的韧性却有所下降。复合材料经过G3固溶处理并时效12h后的抗压强度最高，其值为765MPa，断裂应变为8.04%。 (3)研究了不同体积分数(10%、15%和20%)的B4Cp对B4Cp/SiCp混杂增强铝基复合材料组织与性能的影响，结果显示：B4Cp体积分数越大，其分散难度越高，20%B4Cp复合材料内部出现增强体的团聚现象；B4Cp体积分数的增加使材料内部的位错密度增大，位错强化效果明显；随着B4Cp体积分数的增大，材料的硬度先增大后减小，含15%B4Cp的复合材料硬度最高，为331.9HV；材料的电导率和致密度均随B4Cp体积分数增大而逐渐降低；三种材料的压缩断裂方式均为脆性断裂，材料的韧性相对较差，随着B4Cp体积分数增大，材料的抗压强度先增大后减小，含15%B4Cp的复合材料抗压强度最大，为788MPa，断裂应变为6.23%。 综上，本文以自主设计的2124Ti铝合金为基体，加入B4Cp和SiCp为增强体，通过新型球磨混粉—烧结—热挤压—强韧化热处理的工艺路线，成功制备出组织均匀、综合性能优良的B4Cp/SiCp混杂增强铝基复合材料，探究了最佳的烧结工艺、热处理工艺及增强体体积分数，为后续混杂增强铝基复合材料的研究提供参考。
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