摘要
碳化硅颗粒(SiCp)增强铝基复合材料是具有耐磨耐高温的优质结构材料，在航空航天等领域得到了广泛的应用。本文研究了7.5vol%的1μmSiCp和2.5vol%的100nmSiCp混杂增强7000系(Al-8.85Zn-2.05Mg-0.439Cu-0.0241Ti-0.0032Zr-0.383Si-0.57Fe-0.379Mn)铝基复合材料的制备工艺、塑性变形加工、强韧化热处理及组织性能。所开展的工作和取得的研究成果如下： (1)研究了纳米-微米SiCp混杂增强7000系铝基复合材料的制备工艺，包括复合粉末的制备、复合材料的初始锭制备以及后续的塑性变形加工(一次挤压、二次挤压)。结果表明：经过高能球磨处理后，增强体在铝基复合材料内的分布均匀性得到有效提高。经过塑性变形加工之后，位错密度得到很大提升，增强体分布更加均匀。与一次挤压相比，二次挤压的铝基复合材料组织更加致密，晶粒更加细化。 (2)研究了纳米-微米SiCp混杂增强7000系铝基复合材料的固溶处理组织与性能。结果表明：G2(450℃×2h+475℃×2h+500℃×2h)固溶工艺效果最佳，第二相回溶程度最好。硬度达到了最大值201.18HV，导电率为20.74%IACS。位错对强度的贡献也达到了最大104.04MPa。抗拉强度也达到了551MPa，此时的断后伸长率为1.5%。 (3)研究了纳米-微米SiCp混杂增强7000系铝基复合材料的时效处理组织与性能。结果表明：在最佳固溶效果G2的基础上进行T4(自然时效)、T6和T6I4。TEM观察发现，T4时效下晶内仅有GP区且比较富集，T6和T6I4时效态铝基复合材料的时效沉淀相分别处在η相的粗化阶段以及向η''相转变阶段。T6和T6I4时效处理下，复合材料中的Mg元素在增强体附近富集，降低了基体中的时效析出相数量。实验结果表明：在T4时效下硬度为201.18HV,导电率为20.74%IACS，抗拉强度为551MPa，断后伸长率为1.5%。在T6时效下硬度为216.48HV，导电率为20.18%IACS，抗拉强度为519MPa，断后伸长率为2.7%。在T6I4时效下复合材料的硬度为204.20HV，导电率为20.37%IACS，抗拉强度为518MPa，断后伸长率为3.0%。 (4)研究了纳米-微米SiCp混杂增强7000系铝基复合材料的晶界特征与抗腐蚀性能(抗晶间腐蚀性能、抗剥落腐蚀性能、抗电化学腐蚀性能)。TEM观察表明：在T4时效下，晶界处干净整洁。在T6时效下，晶界处会有一定量的析出相η分布。T6I4时效下，晶界也比较干净整洁。实验结果表明：复合材料在T4、T6和T6I4三种时效制度下抗晶间腐蚀的最大深度分别为180.63μm、232.86μm和223.79μm，抗晶间腐蚀性能的优异程度为T4＞T6I4＞T6；抗剥落腐蚀的等级分别为EA、EC和EB，优异程度为T4＞T6I4＞T6，抗剥落腐蚀等级最高达到EA级别。在电化学腐蚀实验中，腐蚀电位的大小顺序为T6＞T6I4＞T4，腐蚀电流密度的大小顺序为T6＞T4＞T6I4，腐蚀电流密度最小为7.373×10-8A·cm-2。 综上所述，本次试验成功制备出了抗拉强度551MPa、断后伸长率达到1.5%、抗晶间腐蚀最大深度为180.63μm、抗剥落腐蚀等级为EA以及腐蚀电流密度为9.8892×10-8A·cm-2的纳米-微米SiCp混杂增强7000系铝基复合材料。所研究出的制备、二次加工、元素成分设计等重要的工艺参数为后续铝基复合材料的研究提供了重要的参考。
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