采用OM和EDS研究不同扭轉圈數(shù)下高壓扭轉法制備SiC_P/Al復合材料的顯微組織和界面擴散行為,并結合組織特點和界面特征分析扭轉圈數(shù)對復合材料拉伸性能和斷裂機理的影響。結果表明:扭轉圈數(shù)的增加可以有效提高SiC顆粒分布的均勻性,閉合孔隙,界面處Al元素擴散能力增強,擴散距離增大,Al擴散系數(shù)實際計算值較理論值增大了10¹⁷倍,形成以元素擴散和界面反應為主的強界面結合,試樣抗拉強度和伸長率不斷提高,少量的SiC顆粒均勻分布在斷口韌窩中,斷裂主要以基體的韌性斷裂為主;當扭轉圈數(shù)較大時,SiC顆粒在劇烈剪切作用下破碎加劇,顆粒"再生團聚"導致孔隙率增大,潛在裂紋源增多,形成大量結合強度較低的斷裂新生界面,試樣抗拉強度和伸長率顯著降低,在團聚位置易形成尺寸較大的深坑韌窩,復合材料斷裂呈現(xiàn)韌性斷裂與脆性斷裂的混合模式。 

【文章來源】：材料工程. 2017,45(07)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

圖１高壓扭轉試樣Ｆｉｇ．１Ｓａｍｐｌｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｈｉｇｈ－ｐｒｅｓｓｕｒｅｔｏｒｓｉｏｎ

對ＳｉＣ顆粒進行高溫氧化處理，表面生成的ＳｉＯ２與Ａｌ的物理相容性好，可有效控制不良界面反應。圖１高壓扭轉試樣Ｆｉｇ．１Ｓａｍｐｌｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｈｉｇｈ－ｐｒｅｓｓｕｒｅｔｏｒｓｉｏｎ對實驗制得試樣進行研磨、拋光，利用４ＸＢ－ＴＶ倒置顯微鏡對橫截面的顯微組織進行觀察，并采用ＣＭＴ４１０４萬能試驗機、掃描電鏡和Ｘ射線能譜儀（ＥＤＳ）對試樣進行界面元素分布、拉伸性能和拉伸斷口形貌等測試。拉伸試樣標距部分主要分布在ｒ＝７ｍｍ附近，取樣位置如圖２所示。圖２拉伸試樣取樣示意圖Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｅｎｓｉｌｅｓａｍｐｌｅ２結果與分析２．１顯微組織分析圖３為２００℃下，分別扭轉１，２，４，６，８圈時，試樣半徑ｒ＝７ｍｍ處的顯微組織。由圖３可以看出扭轉圈數(shù)（１～２圈）較小時，ＳｉＣ顆粒形狀完整，分布均勻性較差，局部區(qū)域存在顆粒團聚現(xiàn)象，在團聚位置觀察到明顯孔隙缺陷。隨著扭轉圈數(shù)增大，ＳｉＣ顆粒分布均勻性有所提高，顆粒形狀更加圓潤，破碎顆粒增多，孔隙閉合明顯；扭轉６圈時，孔隙等缺陷幾乎不可見，ＳｉＣ顆粒間形成均勻、合理的分布狀態(tài)。一方面在高壓扭轉的強剪和三向壓應力作用下，剪切應變的積累可以有效閉合孔隙，改善顆粒的分布狀況。同時增強顆粒由于硬度高、形狀不規(guī)則，變形協(xié)調流動性差，高壓扭轉過程中ＳｉＣ顆粒在基體界面的切應力作用下發(fā)生相應轉動，尖角處易應力集中發(fā)生破碎，形成尺寸不一的小顆粒，根據(jù)多粒徑最致密填充理論，這種多粒徑的顆粒填充有利于降低孔隙率。觀察發(fā)現(xiàn)在扭轉圈數(shù)達到８圈時，顆粒分

第４５卷第７期扭轉圈數(shù)對高壓扭轉ＳｉＣＰ／Ａｌ復合材料界面擴散行為和組織性能的影響圖３高壓扭轉試樣ｒ＝７ｍｍ處的顯微組織（ａ）１圈；（ｂ）２圈；（ｃ）４圈；（ｄ）６圈；（ｅ）８圈Ｆｉｇ．３ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆＨＰＴｓａｍｐｌｅｓａｔｒ＝７ｍｍ（ａ）１ｔｕｒｎ；（ｂ）２ｔｕｒｎｓ；（ｃ）４ｔｕｒｎｓ；（ｄ）６ｔｕｒｎｓ；（ｅ）８ｔｕｒｎｓ度較低、ＳｉＣ表面ＳｉＯ２的隔離作用及反應產(chǎn)物Ｓｉ的存在，使得Ａｌ與ＳｉＣ的進一步反應受到有效抑制。而較低溫度下Ｃ在Ａｌ基體中的溶解度低，形成Ａｌ４Ｃ３所需的臨界Ｃ的濃度值很小，在剪切能和摩擦絕熱效應的作用下少量ＳｉＣ在Ａｌ基體發(fā)生固態(tài)擴散，引起輕微不良反應形成Ａｌ４Ｃ３，包覆在ＳｉＣ顆粒表面，這一現(xiàn)象有利于改善Ａｌ／ＳｉＣ的潤濕性，形成更為牢固的界面結合［１２－１４］�？梢娫財U散不僅與界面結合強度直接相關，也影響著界面反應的進行。為了研究高壓扭轉過程中界面處元素的擴散行為，利用能譜儀對扭轉半徑ｒ＝７ｍｍ處的Ａｌ／ＳｉＣ界面進行線掃描，采用曲線上各點強度與該元素信號峰值強度的比值作為該元素濃度衡量依據(jù)。從圖４觀察到界面處存在Ａｌ，Ｓｉ元素的濃度梯度，且元素濃度分布具有一定對稱性，Ａｌ，Ｓｉ元素濃度均為５％時所對應范圍內的Ａｌ元素濃度隨擴散距離的變化如圖５所示。根據(jù)擴散第一定律，在一段時間ｔ（ｓ）內，元素擴散距離ｘ（ｍ）與擴散系數(shù)Ｄ（ｍ２／ｓ）之間

【參考文獻】：
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本文編號：3247400