／２一ｌ　ｌ　ｌ　

颗粒类型对颗粒增强铝基　复合材料性能的影响　．　这｛　中国科学院金属研究所　量　邑堕竖毕敬　Ｂ；弓ｌ　本文对粉未冶金法制备的ＳｉＣ和ＴｉＣ颗粒增强铝基复合材料进行了研究。试验表明，在颗粒含量相同、尺’　寸相当的条件下，ＴＩＣ增强ＡＩ基复合材料的强度和模量均低于ＳｉＣ增强Ａ］基复合材料。但其屈强比却明显　高－ｐ　ＳｉＣ增强ＡＩ基复合材料。高温长时间等温处理对ＴｉＣ颗粒增强纯Ａｌ复合材料的强度没有明显的影响。　关键词　复合材料，铝ｔ颗粒ｔ　ＳｉＣ，ＴｉＣ　韶萼广，一一　吐砧，旗　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｔｙｐｅ　ｏｎ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　Ａｌｕｍｉｎｕｍ　Ｍａｔｒｉｘ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　Ｍａ　Ｚｏｎｇｙｉ　Ｌｕ　Ｙｕｘｉｏｎｇ　Ｂｉ　Ｊｉｎｇ　（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｍｅｔａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ａｃａｄｅｍｉａ　Ｓｉｎｉｃａ）　Ｔｈｅ　ＳｉＣ　ａｎｄ　ＴｉＣ　ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｓ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ｍａｔｒｉｘ　ｅｏｍｐｏｓ！ｔｅｓ　ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ　ｂｙ　ｐｏｗｄｅｒ　ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｗｅｒｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｉｔ　ｉｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅｄ　ｔｈａｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓａｍｅ　ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ａｎｄ　ａｐｐｒｏｘｉ—　ｍａｔｅ　ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　ｓｉｚｅ，ｔｈｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｍｏｄｕｌｕｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＴｉＣ　ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ＡＩ　ｍａｔｒｉｘ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ａｒｅ　ｌｏｗｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈｏｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＳｉＣ　ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ＡＩ　ｍａｔｒｉｘ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ，ｈｕｔ　ｙｉｅｌｄ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ／ｔｅｎｓｉｌｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｏｒｍｅｒ　ｉｓ　ｏｈｖｉｏｕ！；ｌｙ　ｈｉｇｈｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈａｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌａｔｔｅｒ．Ｔｈｅ　ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ　ｈｅａｔ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ａｔ　ｅｌｅｖａｔｅｄ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｆｏｒ　ｌｏｎｇ　ｔｉｍｅ　ｈａｓ　ｎｏ　ｏｂｖｉｏＵＳ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ＴＩＣ　ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｐｕｒｅ　ＡＩ　ｃｏｒｎ—　ｐｏｓ／ｔｅ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ，ａｌｕｍｉｎｕｍ．ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ，ＳｉＣ，ＴｉＣ　引　言　陶瓷颗粒增强铝基复合材料由于原材料成本低廉、　制备工艺简单而成为最有发展前途的金属基复合材料　之一。碳化物（ＳｉＣ　。Ｂ１Ｃ　。ＴｉＣ　）。硼化物　（Ｔ　）、氮化物（Ｓｉ３Ｎ＿　）和氧化物（ＡＩ？Ｏ３＿７ｌ　）都　被用于增强铝基复合材料，ＳｉＣ是使用最多的一种增强　体，并被认为是铝基复合材料中最好的增强相。也有文　献Ｄ一报道，ＴｉＣ颗粒增强纯铝复合材料具有比ＳｉＣ、ＴｉＢ　、　Ｂ　Ｃ增强纯铝复合材料更高的强度，然而由于所使用颗　粒尺寸相差较太（ＴｉＣ颗粒尺寸最小），无法确切评价它　们的增强教果。在本项研究中采用粉末冶金法制备了具　有大致相同尺寸的ＳｉＣ和ＴｉＣ颗粒增强纯铝和２０２，１Ａ　Ｊ　复合材料，对两种复合材料进行对比研究。“评价不同　类型陶瓷相的增强效果。　二、试验方法　基体材料为２８　０目的截晶纯铝粉（纯度９９．６　）　２．　和２０２　４ＡＩ粉（ｗｔ　：４．２ｏＣｕ。１．４　７Ｍｇ，０．５６Ｍｎ，　０．０８Ｚｒ，０．４　０Ｓｉ，０．２　７Ｆｅ）　增强体为尺寸分别为　３．５　、ｌ　ＯＮｔｏ的ａ—ＳｉＣ颗粒，尺寸分别为３ｐｍ和９ｐｍ的　ＴｉＣ颗粒　复合材料制备采用粉末冶金法，陶瓷相的体　积含量均为ｌ　５　。复合材料热压锭以２　０　ｔ　ｌ的挤压比　进行热挤压。其中纯铝基复合材料的挤压温度为　４　２０℃，２０２４ＡＩ基复合材料的挤压温度为４５　Ｏ　Ｃ。　沿复合材料纵向切取金相试样，机械抛光后在金相　显徽镜下观察。从挤压棒中加工出直线段也｛×ｌＯｍｍ的　棒状拉伸试样进行拉伸试验。其中纯铝基复合材料为挤　压态，２０２４　Ａｌ基复合材料进行Ｔ６处理（５ｒ３Ｏ　Ｃ，ｌｈ，水　谇，１　７０Ｃ／５ｈ时效）。另取ＴｉＣ颗粒增强纯铝复合材料　在６０Ｏ　Ｃ进行不同时间的等温处理，然后进行拉伸试　验。对复合材料断口进行扫描电锩观察　对经６０ＯＣ／　９６ｈ等温处理的ＴｉＣｏ／ＡＩ复合材料进行透射电镜分析。　薄膜样品采用离子减薄法制备　采用悬丝耦合共振法测　

１９９４年１２期　正　定复台材料的弹性模量。　三、结果与讨论　图Ｉ给出复台材料的金相照片　ＳｉＣ颗粒为形状不　规则的多边形粒子，有尖锐的棱角，多数颗粒具有大于　】的长宽比，长轴方向多沿挤压方向排列，复合材料呈　现出条带状结构，ＳｉＣ颗粒尺寸的分布比较集中（图　Ｉ　ａ），ＴｉＣ颗粒为近似等轴特的粒子一轮廓圆滑一无明显　棱角，颗粒尺寸分散度较大，并可发现一些ＴｉＣ颗粒上　有徽孔，这是在ＴｉＣ制备过程中严生的。ＴｉＣ颗粒在铝基　体中的分布是非常均匀的　没有明显的景带　

－　，　～　童　｜¨　

ａ）￣，ｉＣｐ／２０　２｜ＡＩ　×２　００　圈１复合材料缸相照片　表Ｉ给出复台材料的基本性能　对纯铝基复合材　料，在颗粒尺寸基本相同的情况下，Ｓ，ｉＣｐ／ＡＩ复合材料的　强度高于Ｔ　ＬＣｐｌＡＩ复合材料，但Ｔ】　／ＡＩ复合材料的塑　性优于ＳｉＣｐ／Ａ　Ｊ复合材料。随着ＴｉＣ颗粒尺寸由３ｔｉｍ增　加到９　ｍ，ＴｉＣｐ／ｎｉ复合材料的强度降低，这与ｓｊｃｐ／ＡＪ　复合材料是一致的、而塑性随ＴｉＣ颗粒尺寸的增大而降　低与ｓｊｃｐ／Ａ【复合材料相反，这可能与部分９￣ｍＴｉＣ颗　粒中含有徽孔，易于早期断裂有关。对２０２　４ＡＩ基复合　材料，在颗粒尺寸基本相同的情况下，ＳｉＣｐ／２　０２　４ＡＩ复　合材料的强度和塑性明显高于ＴｉＣｐ／２　０２　Ａ】复台材料，　弹性模量测试结果也表明，ＳｉＣｐ／２０２　４ＡＩ复合材料表现　出更高的弹性模量值。两种不同基体复台材料的试验结　果均表明，ＳｉＣ颗粒的强化效果优于ＴｉＣ颗粒　可　注意　到，无论是对纯铝基还是２０２　４ＡＩ基复台材料，ＴｉＣ颗粒　复合材料的屈服强度均不低于ＳｉＣ颗粒复合材料，换算　成屈强比（屈服强度／拉伸强度）则发现，ＴｉＣ颗粒复合　材料的屈强比明显高于ＳｉＣ颗粒复合材料，这可由颗粒　的形状差别来解释。ＳｉＣ颗粒为有尖锐棱角的不规贝ｌ『粒　子，在颗粒尖角处易于造成应力集中，这样在较低的应　力下ＳｉＣ颗粒尖角处的基体就巳产生局部塑性变形，大　量的局部塑性变形导致了复台材料的低应力屈服。而对　ＴｉＣ颗粒复合材料，由于ＴｉＣ颗粒为近似等轴状的粒子，　尖锐的棱角较少，因而不易产生低应力的塑性变形，使　复台材料具有较高的宏观屈服强度。　图２为颗粒增强２　０２　ｄ　ＡＪ复合材料拉伸断口ＳＥＭ照　片。ＳｉＣｐ／２　０２　４ＡＩ复合材料断口表现匀比较典型的细小　韧窝形貌，有一些断裂的ＳｉＣ颗粒出现在断口表面上，　材料工程　表Ｉ复台材料的性能　颗粒尺寸　ＵＴＳ　ＹＳ　ＥＩ－　Ｅ　基体　颗粒粪壁　Ｕ３＂，ｃ．／ｙｓ　（“ｍ）　‘ＭＰａ）　（ＭＰ　（　）　（ＧＰａ）　０４　１　４　５】　Ｉ　５ｇ　６０　２５．６　Ｅ　８７　６２　ｊ２２】【　１０　５１　Ｊ　３８３　８　２０　】０】Ｂ　２Ｏ２ｄＡＩ　拍５　５．５３　没有发现直接拔出的颗粒（图２ａ），表明ＳｉＣ颗粒和铝　基体的界面结合是良好的　Ｔｊｃｐ／２　０２４ＡＩ复合材料断口　的细小韧窝形貌特征不明显，除断裂的ＴｉＣ颗粒外，还　可　看到一些拔出的颗粒（图２ｂ），过一方面说明ＴｉＣ　与铝基体的结合强度低于ＳｉＣ与铝基体；另一方面也说　明ＴｉＣ颗粒的断裂强度低于ＳｉＣ颗粒，ＴｉＣ颗粒低的断　裂强度可能与ＴｉＣ颗粒上存在的徽孔有关　文献［９］报道，对ＴｉＣｐ／．Ａ］复合材料进行高温处理，　ＴｉＣ与Ａ】发生界面反应生成ＡＩ　Ｃ３和ＡＪ　ＴＩ，由于增强相　包含量的增加而使复台材料的强度和模量明显提高　本　研究对ＴｉＣｐ／Ａ＿复合材料进行６００　Ｃ不同时间高温处理　后进行拉伸试验，结果见表２：随处理时间的增加，复　台材料的拉伸强度并没有非常明显的变化，这与文献　［９］报道的结果是不同的，这可能与本研究中使用的　ＴｉＣ颗粒尺寸较大有关。本文使用的ＴｉＣ颗粒为３　ｍ和　９ｔｉｍ，文献［９　中的ＴｉＣ颗粒投为】．４　ｕｍ，大ＴｉＣ颗粒　不利于界面反应的进行。对经６０　Ｏ　Ｃ，９６ｈ处理的Ｔｉ（ｐ　

·】３·　（９ｐｍ）　ＡＩ复台材抖进行适射电镜分析．发现界面厘应　量是很少的．图３为表明ＴｉＣ颗粒产生界面厦应的ＴＥＭ　照片，能谱分析丧明在Ｔ　颗粒界面上生成了ＡＩｓＴｉ一这　与文献［９：报道的Ａｌ　Ｔ·脱离Ｔｉ（　成的结果屉下同的。　

表２　６　００（、等温处理ＴｉＣｐ，　复台材料的拉伸强度（ＭＰａ）　ｂ）ＴｉｃＰ／　０２４ＡＩ　２批仲断ｌ』ＳＥＭ蹦片　

址　时纠（ｈ）　０　２１　ｊ８　７２　ＴｉＣｐ（３　ｍ）／＇ＡＩ　Ｉ胡　０　Ｉ　５ｇ　６２　１　Ｂ０　３１　ｒ　ｐ（９　ｍ　Ｉ　ｌ　Ｉ　９　６　ｌ　ｔｔｑ　０７　１【９　ｔ８　

图３　６　０Ｏ（／９　６ｈ处理ＴｌＣｐ（９ｕｍ１／ＡＩ　复合村料ＴＥＭ照片　四、结论　１．ＳｉＣ颗粒复合材料的强度和模量均高于ＴｉＣ颗粒　复合材料，这可归因于ＳｉＣ颗粒高的断裂强度和与Ａｌ　基体之间良好的界面结合。　２．ＳｉＣ颗粒复合材料的屈服比明显低于ＴｉＣ颗粒复　合材料。这可由ＳｉＣ颗粒尖角处应力集中导致局都低应　力屈服来解释。　３　６　００　Ｃ长时间等温处理对３ｕｍ和９ｐｍＴ［Ｃ颗粒增　强纯铝复合材料的强度没有明显的影响，这与大尺寸　ＴｉＣ颗｛立　利于界面厦应有关。　１　４·　参考文献　１　Ｓ　Ｂ．Ｗｕ　ｅｔ　ａ１．一Ｍａｔｃｒ　Ｓｃｉ　Ｅｎｇ．Ａ１　３８（１　９　９Ｉ）２　２　７　２．Ｍ．Ｒｏ，ｖ　ｅｔ丑１　ＭｅｔａｌＩ　Ｆｒａｎｓ　３Ａ（１　９９　２）２　８　３　３　３．Ｔ　Ｇ　Ｎｉｃｈ　ｅｔ　ａ１．．Ｓｃｒ　ＭｅｔａＩＩ　Ｉ　８（１　９８　）２ｊ　Ｋ．Ｓａｔｙａｐｒａｓａｄ　ｅｔ　ａ１．Ｓｕｒ．Ｍｅｔａｌｌ　Ｍａ：ｅｒ·＂２－６（ｔ９９　２）７１１　５　Ｒ．Ｋ．Ｅｖｅｒｅｔｔ　ｅ【ａ１．一Ｓｃｒ　ＭｅｔａｌＩ　Ｍａ【ｅｔ．２５（１　９９１］６　２５　６　Ｍ　Ｍａｂｕｃｈｉ¨ａｌ　Ｓｃｒ．ＭｅｔａｌＩ　【ｅｒ．一１　５（１　９９Ｉｊ？ｊｌ　７　７　Ｔ　Ｒ　Ｍｃｎｅｌｅｖ　ａｌ　Ｓｃｒ　Ｍｃｔａｌ】Ｍａｌｅｒ．１　５（１　９０１）ｌ　０１１　８　Ｍ．Ｋ　ＡｇｈａＪａｎｉａｎ　ｅｔ　ａ１．．Ｊ．Ｍａｔｅ￣ｓｃｉ．一２　５（１　９９１）　１　７　９．Ｋ　ｓａ　ｙ丑口ｒａ　ｄ　ｅ【ａＩ—Ｓｔ＇ｒ　ＭｅｔａｌＩ　Ｍａｔｅｒ．２　６（１　９　９　）　Ｉ１　（上接苇２Ｏ百）　用大于１　０００　Ｃ扩散处理，其力学性能会有进一步的提　高。　ＤＺ２２合金在高温下容易沿晶界、共晶物、碳化物氧　化，在腐蚀条件下更是如此。涂层可以阻止这种破坏，　确保零件台金在工作过程中的力学性能不爱损　因此涡　轮部件高温台金ＤＺ２２旌加ＮｉＣｒＡＩＹ涂层是发动机安全　可靠运行的必要手段之一　五、结论　１采用生产型真空电孤镀膜设备，在ＤＺ２２台金　上涂镀Ｎ　ＪＣｒＡＩＹ擦层能有效地保护台金。　（１）提高抗１１　００　Ｃ周期氧化能力至少１　２倍　上；　（２）提高抗９０　０Ｃ涂盐腐蚀能力１　８　０倍以上。　２．撩层对台垒的力学性能无多大影响．能够实现　确保工件在高温下安全可靠工作的目的。　参考文献（略）　

１９９４年１２期