原位合成ZrB2(np)/2024Al復合材料的組織及性能研究
Study on Microstructure and Properties of in-situ ZrB2(np)/2024Al Composite

2.4萬字 46頁 原創(chuàng)作品，已通過查重系統(tǒng)

摘要 本文開發(fā)了2024Al-K2ZrF6-KBF4反應新體系，通過熔體直接反應法成功制備了納米ZrB2顆粒增強2024Al基復合材料，并優(yōu)化了制備工藝參數(shù)。利用X-射線衍射儀(XRD)、金相顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)、能譜分析(EDS)和透射電鏡(TEM)等儀器研究了ZrB2(np)/2024Al復合材料的微觀組織、相組成以及原位內(nèi)生顆粒的形貌、大小及分布特征等。測試了不同體積分數(shù)的復合材料的力學性能，分析了復合材料的強化機制。
研究結(jié)果表明：在2024Al熔體溫度為870℃時，以K2ZrF6和KBF4為反應物（摩爾比為1:3），保持反應時間為30min的條件下，反應生成的增強顆粒經(jīng)XRD、EDS及TEM分析確認為ZrB2。ZrB2顆粒形貌呈六棱形或多邊狀，平均尺寸為30nm左右，并分布在晶界處。制備工藝參數(shù)的優(yōu)化結(jié)果表明：工藝參數(shù)對復合材料微觀組織的影響顯著，最佳的制備參數(shù)為：K2ZrF6和KBF4的摩爾比為1：3，最佳反應溫度為870℃，最佳反應時間為30min。高默聲作用結(jié)果表明：高默聲可以顯著的改善顆粒的分散性，當復合材料經(jīng)高默聲處理5min后，納米ZrB2顆粒團簇被擊碎成尺寸為500nm左右的顆粒增強團，分布也趨于均勻。
復合材料的拉伸性能研究結(jié)果表明：隨著顆粒體積分數(shù)的增加，復合材料的強度和塑性顯著增強。當納米ZrB2顆粒體積分數(shù)為5.4%時，復合材料的抗拉強度、屈服強度和伸長率達到245MPa，88Mpa和18.3％，分別是2024Al基體的1.36，1.57和2.03倍。ZrB2(np)/2024Al復合材料的增強機制主要有載荷傳遞、細晶強化、裂紋橋接、分支和偏轉(zhuǎn)等。


關(guān)鍵詞：ZrB2(np)/2024Al復合材料，納米ZrB2顆粒，原位反應，微觀組織，力學性能