摘要
碳化硼颗粒(B4Cp)增强铝基复合材料是工业领域的高端材料，因其高强度、高刚度、低密度和中子吸收能力等优异性能在航空航天和军工领域发挥了不可替代的作用。本文对7.5vol.%亚微米B4Cp增强19.9vol.%纯Al+72.6vol.%高合金化7000系(Al-11.33Zn-4.02Mg-1.81Cu-0.37Ti-0.46Zr)复合材料的制备、塑性变形加工、强韧化热处理及组织和性能进行了研究。相关研究内容与取得的结果如下： (1)研究了亚微米B4Cp/高合金化7000系铝基复合材料的制备(球磨混粉与热等静压烧结成型)与塑性变形加工(一次挤压和二次挤压)组织及性能。结果表明：采用湿磨与干磨相结合的方式能够制备出增强体分散均匀的复合粉末；通过冷等静压-包套抽真空-热等静压的成型工艺能成功使材料烧结成锭；塑性变形加工能够有效改善铝基复合材料的致密性、细化晶粒、减轻B4Cp的团聚并破碎粗大金属间化合物，塑性变形加工带来了位错密度的增加，有助于铝基复合材料的强化与硬化，得到了最佳塑性变形加工为二次挤压。 (2)研究了亚微米B4Cp/高合金化7000系铝基复合材料的固溶处理与组织性能。结果表明：最佳固溶制度为490℃×2h+510℃×2h+525℃×2h(室温水淬)，此时铝基复合材料固溶程度最高，界面反应加剧，未溶相最少最小且分布均匀，致密性进一步提高，拉伸强度高达659.51MPa，断后伸长率和断面收缩率分别为2.6%和5.9%，硬度高达262.9HV，电导率为14.93%IACS。 (3)研究了亚微米B4Cp/高合金化7000系铝基复合材料的时效微结构与力学性能。TEM分析表明：T4、T6和T6I4态铝基复合材料界面均存在此前制备过程以及固溶处理中得到的相变反应产物Al3BC；三种时效对于Mg元素的偏析影响不大，但是T6I4时效造成了Cu元素在B4C/Al界面的偏析。T4态铝基复合材料晶内仅有Guinier-Preston区(GP区)，而T6和T6I4时效态铝基复合材料时效沉淀相分别是GP区+η相和GP区+η''相。最佳时效制度为T6I4时效，此时铝基复合材料具有最高的拉伸强度657.12MPa，断后伸长率和断面收缩率分别为2.0%和4.9%，硬度高达277.0HV，电导率为14.69%IACS。 (4)研究了亚微米B4Cp/高合金化7000系铝基复合材料的晶界微结构与抗腐蚀性能。TEM分析表明T4、T6和T6I4时效态铝基复合材料均不存在明显的晶界沉淀(GrainBoundaryPrecipitates,GBPs)和无沉淀析出带(PrecipitationFreeZone,PFZ)。T4时效对于铝基复合材料抗晶间腐蚀性能的提升效果最佳，T6I4次之，T6最差；T4、T6和T6I4态铝基复合材料剥落腐蚀评级分别为PC、EB和EB，其中T6和T6I4态铝基复合材料较差的抗剥落腐蚀性能与其人工时效的加热对表面氧化膜的破坏有关；T4时效对于铝基复合材料抗电化学腐蚀性能效果最佳，T6I4次之，T6最差。 综上所述，成功制备出一种具有密度2.86g/cm3、抗拉强度657.12MPa、断后伸长率2.0%、断面收缩率4.9%、晶间腐蚀深度95.95μm、剥落腐蚀等级EB、电化学腐蚀电位-0.6646V的亚微米B4CP/高合金化7000系铝基复合材料。所涉及到的成分设计、制备工艺、塑性变形加工、关键工艺参数及界面微结构特征为日后超高强度且兼具抗腐蚀性铝基复合材料在设计、制备与加工的进一步发展提供了理论依据。
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