原標(biāo)題：6061Al/Al2O金屬基復(fù)合材料的組織和性能
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6061Al/Al 2O 金屬基復(fù)合材料的組織和性能
1、2、張玉賢 1、魏小華 1、劉文軍 1
01
摘 要
以6061Al液體冶金的攪拌鑄造技術(shù)和擠壓法作為基質(zhì)材料制備Al2 O3 顆粒增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料，6061Al添加3種質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、10%和15%Al2 O3 以6061改進(jìn)為研究對(duì)象Al/Al2 O3 復(fù)合材料的力學(xué)性能。SEM分析表明,Al2 O3 顆粒在6061Al金屬基體分布均勻；由X根據(jù)射線衍射試驗(yàn)結(jié)果，復(fù)合材料中只有6061Al和Al2 O3 不影響結(jié)晶和6061Al組織結(jié)構(gòu)類型。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨之而來Al2 O3 增加量增加到15%，6061Al/Al2 O3 復(fù)合材料的硬度和抗拉強(qiáng)度大大提高，但伸長率略有下降。由于材料孔隙率和密度的提高，材料的硬度略有下降；分析磨損量和Al2 O結(jié)果顯示，商用6061Al磨損率最大，6061Al/Al2 O由于6061，3 (15%)復(fù)合材料磨損最小，磨損率最低Al中加入Al2 O3 顆粒,Al2 O3 顆粒的存在可以減少磨粒對(duì)基體的犁削作用,有效提高基體的耐磨性。深入探討Al2 O3 顆粒增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料發(fā)現(xiàn)顆粒增強(qiáng)體為細(xì)粉(一般在20 μm在金屬基中加入以提高硬度、強(qiáng)度和耐磨性；但是，Al2 O3 當(dāng)添加量越來越大時(shí)，6061Al該系列材料的硬度、強(qiáng)度和耐磨性將產(chǎn)生負(fù)面影響。
02
關(guān) 鍵 詞
6061鋁合金； 金屬基復(fù)合材料； 機(jī)械性能； 氧化鋁顆粒； 微觀結(jié)構(gòu)；
03
引 言
當(dāng)今制造業(yè)對(duì)提高機(jī)械性能的合金材料的需求量很大，鋁合金材料由于強(qiáng)度高、重量輕，在材料選擇中起著至關(guān)重要的作用。生產(chǎn)先進(jìn)鋁合金的新興技術(shù)包括快速凝固、機(jī)械合金化和金屬基復(fù)合材料。使用材料復(fù)合技術(shù)可以使用5%~30%硬質(zhì)陶瓷相(如SiC或 Al2 O3 )添加到可延展的輕質(zhì)鋁合金基體中，得到的很多復(fù)合材料比常規(guī)鋁合金更堅(jiān)硬，比陶瓷更堅(jiān)韌，且更易延展。鋁基合金及其微/納米顆粒增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料(MMCs)由于強(qiáng)度高，重量輕，應(yīng)用于許多領(lǐng)域。在過去的幾年里，由于納米粒子的增強(qiáng)，MMCs機(jī)械性能顯著提高，因此其性能一直備受關(guān)注。如文獻(xiàn)所述，就相應(yīng)的抗拉強(qiáng)度而言，Al-MMCs中1%的Si3N4(10 nm)增強(qiáng)體相當(dāng)于Al-MMCs中15%的SiC(3.5 μm) 增強(qiáng)體。另外，通過Al在356合金中加入1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))SiC在保持其高延展性的同時(shí)，納米顆粒可以將抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度提高近100%。納米顆粒增強(qiáng)MMCs促進(jìn)該領(lǐng)域的進(jìn)一步研究。MMCs添加納米顆粒以提高物理、力學(xué)和熱性能并非沒有條件。實(shí)現(xiàn)納米顆粒與基體材料之間的相互作用非常重要，特別是在變形過程中，在金屬基體中添加納米顆粒會(huì)在基體中引入缺陷，并可能在外部載荷的裂紋中形成核或擴(kuò)展部位。此外，加載過程中，納米顆粒/基體界面可能會(huì)形成孔隙，從而掩蓋納米顆粒的細(xì)化和強(qiáng)化優(yōu)勢(shì)。因此，應(yīng)用該復(fù)合技術(shù)獲得的具體性能將取決于基體合金和陶瓷相的選擇、添加陶瓷相的形式和比例以及生產(chǎn)復(fù)合材料的工藝路線的選擇。鋁復(fù)合材料具有較高的硬度、剛度和耐磨性，但這些改進(jìn)是以降低延展性、降低延展性、降低可加工性和增加成本為代價(jià)的。雖然這些復(fù)合材料的某些性能有明確的定義，但也有其他不完全表現(xiàn)的重要特性。綜上所述，由于一系列復(fù)合材料的性能和形狀，由于其他條件的選擇。本文重點(diǎn)探索 Al2 O3 顆粒對(duì)6061Al微組織結(jié)構(gòu)和復(fù)合材料機(jī)械性能的影響。
04
選擇 圖表
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結(jié) 論
(1)通過熔融攪拌成功制備5%、10%和15% Al2 O3 顆粒復(fù)合材料。
(2)通過SEM分析， Al2 O3 顆粒在6061Al合金基體分布均勻；通過XRD分析，推斷6061Al添加 Al2 O3 之后，復(fù)合材料中只有6061Al和 Al2 O3 不影響結(jié)晶和6061Al組織結(jié)構(gòu)形態(tài)
(3)6061Al/ Al2 O3 金屬基復(fù)合材料的硬度和抗拉強(qiáng)度Al2 O隨著商業(yè)6061的增加，3 的增加呈上升趨勢(shì)Al相比，6061Al/ Al2 O3 金屬基復(fù)合材料的伸長率略有下降，表明材料的塑性下降，并增強(qiáng) Al2 O3 質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加減少。但是，增加 Al2 O3 顆粒后會(huì)出現(xiàn)團(tuán)聚等現(xiàn)象，導(dǎo)致材料孔隙率增加，密度降低，顆粒對(duì)材料性能的削弱逐漸增加。當(dāng)高于顆粒對(duì)材料的增強(qiáng)時(shí)，硬度和抗拉強(qiáng)度開始隨著顆粒含量的增加而降低。
(4)商用6061在恒定載荷和相同轉(zhuǎn)速下Al合金磨損率較高，在增強(qiáng)體 Al2 O6061Al/ Al2 O3 金屬基復(fù)合材料的磨損率顯著降低。Al2 O3 顆粒堅(jiān)硬，承受摩擦，可減少磨粒對(duì)基體的犁作用，減少復(fù)合材料的磨損，即顆粒的增加可有效提高基體的耐磨性。然而， Al2 O當(dāng)材料基體向 增加3 顆粒時(shí)Al2 O當(dāng)3 顆粒不能約束時(shí)，在壓力和剪切力的相互作用下，很容易導(dǎo)致表面剝落和滾珠效應(yīng)，從而顯著增加材料的磨損，影響復(fù)合材料的耐磨性。
06
用這篇文章引
毛建輝， 張玉賢， 魏小華， 劉文軍. 6061Al/Al2 O3 金屬基復(fù)合材料的組織和性能[J]. 中國冶金， 2022， 32(3).
MAO Jian-hui, ZHANG Yu-xian, WEI Xiao-hua, LIU Wen-jun. Microstructure and properties of 6061Al/Al2 O3 metal matrix composite materials[J]. China Metallurgy, 2022, 32(3): 43-48.
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來源:2022年第三期《中國冶金》
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