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1、四川大学博士学位论文Mullite短纤维/Al合金复合材料界面微结构及时效行为的研究摘要材料学专业研究生李伟指导教师沈保罗教授本文在详细综述国内外非连续增强铝基复合材料界面反应与界面结构和时效行为研究进展的基础上，用挤压铸造方法制备莫来石短纤维增强铝合金复合材料，通过硬度测试(HB),差示扫描量热仪(DSC)和透射电子显微镜(TEM)等手段，全面、深入、多因素和系统地研究了莫来石短纤维增强铝合金(Al-Cu,Al-Cu-Si,Al-Cu-Mg和Al-Mg-Si)复合材料及其基体合金的界面微观结构和时效硬化(析出)行为，取得了下列具有创新性的研究成果。用
2、TEM(含高分辨透射电镜HRTEM和分析透射电镜ATEM)，研究了Mullite短纤维/Al合金复合材料中纤维、界面和基体析出相的微观结构。发现并经HRTEM实测证实，莫来石纤维由大小不等、位向不同的众多3A1,0,"2SiO,单晶体组成，结晶致密但分布不均，晶体结构为正交(orthorhombic)晶系。纤维表面存在一断续分布的Si0:膜层。淬火态Mullite短纤维/Al合金复合材料界面附近基体一侧中存在高密度位错。因基体合金种类的不同，莫来石短纤维与基体合金之间发生界面反应生成的界面产物分别为:CuA1,0,或/和0-CuAlO,(Al-Cu基合
3、金)、MgA120,(A1-Cu-Mg和A1-Mg-Si基合金)。在Mullite短纤维/Al-Cu-Si复合材料的纤维/铝界面处，只发现非平衡共晶相CuA1,(。)，没有发现任何其它的界面反应产物。Mullite短纤维/Al合金复合材料的时效硬度始终高于相应基体合金的时效硬度，表明纤维对铝基合金具有明显的增强(增硬)作用。复合李伟Mullite短纤绚A1合金复合材料界面微结构及时效行为的研究材料及其基体合金时效时，都经历了硬度上升、达到峰值、逐渐软化等几个阶段，且随着时效温度的升高，达到峰值时效的时间缩短而峰值硬度降低。莫来石短纤维的引入，没有改变铝
4、合金时效硬化的一般规律。莫来石短纤维的引入，没有改变铝合金时效析出中间过渡相的属性复合材料及其基体合金中6‘、S’和13‘相与母相a-Al之间的位向关系完全相同:[110]。，//11107.,(001)。//(001)A,[010]s刀[120].,(100),//(210)x,[100]。.//11001.或[011]。.HIM].但纤维的引入，能明显滞缓和抑制Al-Cu合金GP区的形成，加速e’‘相和e‘相的时效析出，对0相的析出则无太大的影响。在含Cu量适中(Cu=4.0wt%)而含跪量不高(Mg<-1.85wt%)时，莫来石短纤维的引入明显滞
5、缓和抑制了Al-Cu-Mg合金中GPB区的形成，加速S‘相的时效析出，对S相的析出则无大的影响。对Al-Mg-Si合金而言，莫来石短纤维对过饱和固溶体中富Mg,Si原子集团(cluster)的形成没有明显的影响，对GP区的形成也没有明显的影响。在无明显游离Si相存在的情况下，纤维对0‘相的析出具有一定程度的“加速”作用。合金元素Si对Mullite短纤维/Al--Cu-Si复合材料和Mullite短纤维/Al-Mg-Si复合材料及其基体合金的时效行为具有独特的影响:随着含Si量的增加(>1.65wt%).Mullite/A1-Cu-Si复合材料及其基体
6、合金的时效硬化过程明显加快，达到峰值时效所需的时间逐渐缩短，峰值硬度也随含Si量的增加而升高。无纤维存在时，内生的游离Si相是合金中的“第二相”，Si/A1界面的大量存在，如同纤维/Al界面一样，明显抑制GP区的形成，加速e“相和。‘相的析出。引入纤维后，复合材料中GP区的形成被完全抑制，而e’相的超前析出由于有Si相的存在使得两类材料的差异有所减小，表明:si含量超过一定数值后，纤维加速基体合金时效析出的作用被si相所掩盖，合金元素si对A1-Cu-Si合金时效行为的影响，比外加莫来石短纤维的作用更大。这一点在Mullite/A1-Mg-Si复合材料
7、中也有相同的结果，即在Al-Mg,si伪二元体系基体上，当游离si相较多时，纤维加速a‘相析出的现象将被si相的存在有所掩盖。但无论在基体合金中还是在复合材料中，游离Si相的存在加速了0相的形核和长大，这是与莫来石短纤维作用所不同的地方。四川大学博士学位论文对固溶淬火获得的过饱和固溶体立刻实施形变处理，能十分明显地抑制Al-4.5Cu合金和Mullite/A1-4.5Cu复合材料中GP区的形成，加速0’相甚至0相的沉淀析出。无纤维存在时，形变试样的时效硬度远远高于无形变试样的硬度，但不同形变度之间则无较大的差异;形变试样的峰值硬度高于无形变试样的峰值硬
8、度，但随形变度的增加，峰值硬度随之降低。引入纤维后，形变试样与无形变试样相比，时效硬度不但增加
