原位（ZrB_2+Al_3Zr）颗粒增强2024铝基复合材料的制备

【摘要】熔盐法制备的原位颗粒增强铝基复合材料因具有简单、低成本以及增强相和基体界面结合完好而受到越来越多的重视。然而，尽管熔盐辅助法制备铝基复合材料的研究已经较长时间，用此法制备的原位颗粒的形成机理以及增强相与基体的界面结合本质目前尚不清楚。而且，采用熔盐法制备的复合材料中，熔体在反应过程中容易产生一些中间反应产物，如何获得表面洁净的原位增强相颗粒仍需进一步探索。近年来，原位二硼化锆（ZrB2）颗粒增强铝基复合材料的制备已经引起了人们的重视。首先，反应内生的ZrB2颗粒尺寸细小，纳米级的增强相在促进复合材料组织细化的同时，其增强效果相比微米级颗粒较好。另外，ZrB2的高熔点和高温稳定性，可以显著提高铝基复合材料的高温力学性能。因此，深入研究原位ZrB2颗粒增强2024铝基复合材料的制备具有重要意义。本文研究了原位（ZrB2+Al3Zr）颗粒增强2024铝基复合材料的制备工艺与轧制变形工艺，得出以下结论：(1)改变KBF4和K2ZrF6加入顺序对复合材料的微观组织有显著影响。采用三种加盐顺序制备的复合材料增强相与基体结合完好、界面干净无污染。将KBF4和K2ZrF6均匀混合加入时，复合材料组织没有明显细化，但增强相在基体中分布均匀。先加KBF4，再加K2ZrF6时，复合材料组织有明显细化，增强相主要为Al3Zr颗粒，多为棒状，尺寸为~3–15μm。先加K2ZrF6，再加KBF4时，复合材料组织有稍微的长大，但增强相尺寸比先加KBF4时小很多。室温拉伸性能表明先加KBF4和先加K2ZrF6所得的复合材料抗拉强度都比双盐法的高。(2)原位生成的ZrB2颗粒为典型的六方结构，尺寸为~0.2–1μm，其形貌主要为单体和团聚两种。此外，先加K2ZrF6的复合材料中生成类三角锥状的Al3Zr。ZrB2除了薄片花状外，还以类三角锥Al3Zr为中心形成团聚球。从观察到的形貌来看，ZrB2在Al3Zr的三个方向上进行生长，并沿ZrB2的{0001}晶面分别进行台阶式生长，最终生长在一起，形成团聚球。这种生长方式，使ZrB2的{0001}晶面最大限度的外露，而{0001}基面非常利于α-Al作为形核衬底进行生长。(3)轧制后的热处理工艺对2024铝合金的拉伸性能有明显影响。在350℃经~85%压下量热轧所得的2024铝合金若直接160℃时效12h，其抗拉强度仅为313MPa，延伸率为8.6%。轧制后分别经450℃、470℃和490℃固溶50min后再经160℃时效12h，其抗拉强度分别为353MPa、382MPa和394MPa，延伸率分别为20.0%、20.9%和21.6%，有较明显的提高。经495℃固溶30min后再以同等工艺时效，其抗拉强度为436MPa，延伸率为23.3%。
【作者】张呈呈；
【导师】王慧远；
【作者基本信息】吉林大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】制备；原位ZrB2；2024铝；复合材料；轧制性能；

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