原位纳米ZrB_(2)颗粒增强7085铝合金的微观组织与力学性能研究

本文通过原位合成技术,成功制备了纳米ZrB_(2)颗粒增强7085铝合金基复合材料。采用金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪进行表征,并进行力学性能测试,研究了ZrB_(2)纳米增强体对7085铝合金的显微组织和力学性能的影响。结果表明,ZrB_(2)纳米增强体可以显著提高7085铝合金的强度。但是随着增强体体积分数增大,ZrB_(2)颗粒团聚现象加剧,不利于复合材料的塑韧性提高。同时,在复合材料中引入微量稀土元素Sc可使纳米ZrB_(2)颗粒团聚现象得到改善,并进一步细化基体晶粒,使复合材料的强度和延长率都得到提高。当ZrB_(2)含量为2%(体积分数)、Sc含量为0.4%(质量分数)时,复合材料的抗拉强度为534 MPa、伸长率为10.2%,相较于7085铝合金基体分别提高了17.4%、14.6%。

原位合成ZrB_(2)增强铜基复合材料的组织及性能与制备温度的关系

以Cu-5B中间合金和海绵锆为原料,通过熔铸法在Cu熔体中原位合成了ZrB_(2)颗粒增强Cu基复合材料,并利用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜(SEM)和能谱仪等研究了不同制备温度下Cu-ZrB_(2)复合材料的组织及性能。结果表明:随着制备温度的升高,复合材料中的ZrB_(2)颗粒趋向集聚,生成量减少,且ZrB_(2)聚集团的平均尺寸快速增大。扫描电镜结果表明铜基体中的ZrB_(2)颗粒存在多种形貌,当制备温度为1150℃时,颗粒为不规则片状,尺寸在0.5μm左右;当温度升高到1250℃时,颗粒生长为板状,尺寸达到了5μm以上。另外,制备温度也会对复合材料的性能产生影响,当温度从1150℃升高到1300℃时,复合材料的硬度从105.4 HV0.5降低到80.7 HV0.5,导电率从454.3 S·cm^(-1)下降到420.5 S·cm^(-1)。

原位ZrB_(2p)/6061Al复合材料的大功率高速激光焊接成形和组织演变

通过原位合成法制备5%(质量分数)ZrB_(2p)/6061Al复合材料,并对其进行激光焊接组织和力学性能研究。XRD和EDS分析表明,通过Al-K_(2)ZrF_(6)-KBF_(4)原位反应体系成功制备5%ZrB_(2p)/6061Al复合材料。通过OM和SEM分析,与基体6061Al合金相比,ZrB_(2p)/6061Al复合材料中的纳米ZrB_(2)颗粒产生的异质形核和钉扎效应对基体晶粒具有一定的晶粒细化作用,但纳米级颗粒团簇体的存在使其细化效果受到局限。进行激光焊接试验,在保证完全焊透的情况下,采用3.6kW、2.4m/min的大功率高速焊接可获得成形良好的焊缝。激光快速熔凝过程使基体晶粒进一步高度细化,大量ZrB_(2)团簇体基本消失,ZrB_(2)颗粒基本均匀分散,通过电子显微镜研究ZrB_(2)颗粒的迁移行为,发现激光熔池的熔体搅动和快速凝固过程实现了ZrB_(2)颗粒的2次分布。焊缝组织的优化提高了焊接接头的维氏硬度和抗拉强度,分别最高达到561.54MPa和125.17MPa,并探讨了焊缝的强化机制。