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原文传递外场调控合成原位(ZrB2+Al2O3) np/AA6111复合材料的微观组织与性能研究

论文题名：	外场调控合成原位(ZrB2+Al2O3) np/AA6111复合材料的微观组织与性能研究
关键词：	汽车车身;铝基复合材料;微观组织;拉伸性能;耐腐蚀性能
摘要：	原位纳米颗粒增强铝基复合材料作为一种新型材料，具有高比强度，高比刚度的特性，且塑韧性和耐腐蚀性能较好，近年来被广泛应用于汽车车身行业。然而一般情况下，引入增强颗粒的复合材料在提高力学性能的同时，由于颗粒团簇严重以及颗粒分布不均等原因导致其耐腐蚀性能降低，因此，开发一种高强度且具有优良耐腐蚀性的新型轻质车身材料具有十分重要的意义。本课题以AA6111-Na2B4O7-K2ZrF6为反应体系，通过在原位反应阶段施加磁场，凝固阶段施加超声场相结合的技术来解决复合材料制备过程中颗粒团簇、颗粒尺寸控制等问题，成功制备了高性能原位(ZrB2+Al2O3)纳米颗粒增强AA6111基复合材料。研究了不同(ZrB2+Al2O3)颗粒含量对复合材料微观组织，力学性能和耐腐蚀性能的影响规律，从而确定最佳颗粒体积分数。此外，重点研究了磁场频率/超声场功率组合调控对复合材料微观组织和力学性能的影响规律，确定了最佳磁场频率/超声场功率组合调控参数；探索了磁场/超声场组合调控下复合材料的微观组织演变与拉伸性能和耐腐蚀性能的相互关系，并探讨腐蚀机理。　　微观组织分析表明：当颗粒含量为3vol.%时，合成的(ZrB2+Al2O3)增强颗粒多以团簇形式沿着晶界附近分布，少部分分布在晶粒内。所得复合材料的平均晶粒尺寸为125.7μm，相对于6111基体铝合金，粗大的树枝晶转变为规则的等轴晶。当在原位反应阶段施加10Hz的磁场搅拌，凝固阶段施加1kW超声振动时，合成的原位3vol.%(ZrB2+Al2O3)np/AA6111复合材料颗粒团簇现象已基本消失，颗粒在基体中弥散分布于晶界附近，ZrB2颗粒为六边形，Al2O3颗粒为近圆形，颗粒尺寸为50nm~80nm。平均晶粒尺寸细化至50.4μm，比未施加外场时减小了约75μm。　　力学性能分析表明：当磁场频率为10Hz，超声功率为1kW时，磁场/超声场组合调控下制备的3vol.%(ZrB2+Al2O3)np/AA6111双相纳米颗粒增强铝基复合材料的力学性能最好，其抗拉强度为355.4MPa；屈服强度为259.4MPa；延伸率为22.4%，相比于未施加外场的复合材料分别提升了20.6%，12.7%和29.5%；相较于6111基体铝合金分别提升了36.6%，22.9%和33.3%。拉伸断口中分布着大量小而深的韧窝，断裂方式为典型的韧窝断裂。该结果与微观组织分析结果相一致。复合材料的强化机制是Orowan强化，细晶强化与CTE强化共同作用的结果。　　耐腐蚀性能分析表明：相比于AA6111基体铝合金，添加了(ZrB2+Al2O3)颗粒的复合材料自腐蚀电位均有所提高，复合材料的容抗弧半径均比6111基体铝合金大，且颗粒含量为3vol.%的复合材料的腐蚀电位最高，腐蚀电流密度最低，通过等效模拟电路得到的极化电阻比AA6111铝合金提高了近4倍，耐腐蚀性能最好。在最佳磁场频率/超声功率组合调控下合成的3vol.%(ZrB2+Al2O3)np/AA6111复合材料的自腐蚀电流密度得到进一步的降低，且通过模拟电路拟合得到的模拟电阻比未施加外场制备的复合材料提高了一倍，耐腐蚀性能得到进一步提升。一方面，这是由于磁场/超声场的加入细化了基体晶粒尺寸。另一方面，磁场/超声场的加入促进了ZrB2和Al2O3颗粒在基体中的均匀分散，避免了大颗粒团簇割裂基体而形成更多的电偶腐蚀。
作者：	夏超艺
专业：	材料工程
导师：	赵玉涛
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2020
正文语种：	中文