SiC增强Al-Mg-Si基复合材料基体时效析出序列的研究

SiC reinforced aluminum based composites are widely used in aeronautical, automobile manufacturing and electronic packaging fields in recent years due to their high specific strength, specfic stiffness, elastic modulus and anti-fatigue properties. Recent investigations showed that matrix aging precipitation sequence of the composites differs from that of the simple matrix alloys, resulted from the increase of the interfacial area and high density of the matrix dislocations by the introduction of the SiC particles, which affects the atom diffusion, nucleation and growth of G.P. zones, metastable and stale phases. Systematic investigations of the matrix aging precipitation sequence of SiC reinforced aluminum based composites have important scientific significance and realistic merit on designing proper heat treatment processes and improving the comprehensive mechanical properties of the composites. For this purpose, this project intends to study the effect of the introduction of SiC reinforcements on the matrix aging precipitation sequence of SiC reinforced Al-Mg-Si based composites, including the effects of the SiC volume fraction and granularity, and aging temperature on the matrix aging precipitation sequence of the composites. The study will determine the matrix aging precipitation sequence of SiC reinforced Al-Mg-Si composites, and provide a reference for the designation of cost-effective heat treatment processes for the actual production of the composites with excellent comprehensive mechanical properties.

SiC增强Al基复合材料具有高的比强度、比刚度、弹性模量和抗疲劳性能，近年来已被广泛应用于航空航天、汽车制造和电子封装领域。研究表明：该类复合材料的基体时效析出序列与单纯Al合金的时效析出序列存在差异，主要是SiC的引入提高了基体的位错密度和两相的界面面积，影响到了时效过程中的原子扩散，以及G.P.区、亚稳相和稳定相的形核与长大。系统研究SiC增强Al基复合材料在时效过程中的基体时效析出序列对于制定合理的热处理工艺，提高复合材料的综合力学性能具有重要的科学意义与实际价值。为此，本项目拟研究SiC增强相的加入对SiC增强Al-Mg-Si复合材料基体时效析出序列的影响，包括SiC体积分数和尺度，以及时效温度对复合材料基体时效析出序列的影响。研究将确定SiC增强Al-Mg-Si复合材料的基体时效析出序列，为实际生产制定经济高效的热处理工艺，获得优异综合力学性能的复合材料提供参考。

SiC 增强 Al 基复合材料具有高的比强度、比刚度、弹性模量和抗疲劳性能，近年来已被广泛应用于航空航天、汽车制造和电子封装领域。研究表明：该类复合材料的基体时效析出序列与单纯 Al 合金的时效析出序列存在差异，主要是 SiC 的引入提高了基体的位错密度和两相的界面面积，影响到了时效过程中的原子扩散，以及 G.P.区、亚稳相和稳定相的形核与长大。系统研究 SiC 增强 Al 基复合材料在时效过程中的基体时效析出序列对于制定合理的热处理工艺，提高复合材料的综合力学性能具有重要的科学意义与实际价值。为此，本项目采用传统粉末冶金方法制备了SiC增强Al基复合材料，研究了SiC 增强相的加入对 SiC 增强 Al-Mg-Si 复合材料基体位错密度、时效析出序列以及力学性能的影响，包括 SiC 体积分数和尺度，以及时效温度对复合材料基体位错密度、时效析出序列以及力学性能的影响。研究表明: (1) SiC增强相对复合材料基体中的位错密度有显著影响。SiC含量的增加会显著增加基体位错密度，相同体积分数下，添加较小尺度的SiC颗粒更容易增加基体的位错密度。基体位错密度会影响复合材料在时效析出过程中元素的扩散通道，进而影响复合材料的时效析出。(2) SiC颗粒增强相的加入对复合材料的析出动力学及析出序列有重要影响，SiC增强相不仅会抑制复合材料时效过程中的早期析出，并对后续的析出相也有影响，复合材料的析出系列为：G.P.区→β"→β′→B'，这与以往的研究有一定区别。(3) SiC的尺度、含量以及热处理制度对复合材料的力学性能有非常大的影响。SiC的尺度、含量主要通过影响增强相与基体间的载荷传递以及基体的塑性变形能力来影响复合材料的力学性能。热处理制度主要是通过影响复合材料的时效析出来影响复合材料的性能。项目研究成果不仅能为本项目组进一步研究SiC增强Al基复合材料提供理论指导，也能为其他科技同行的研究工作提供参考。