引言

       機械合金化（MA）作為一種粉末加工工藝，粉末顆粒要經(jīng)過反復(fù)的形變、碎裂和鍛接。MA廣泛應(yīng)用于材料合成：類似金屬間化合物，過飽和固溶體，或者穩(wěn)定/不穩(wěn)定硼化物、碳化物、氮化物和硅化物的成形。鋁合金中摻入陶瓷硬質(zhì)顆粒通常是為了增加強度，顯微硬度和耐磨性。但選擇一個研磨優(yōu)化參數(shù)對于工件的機械性能也很重要，本研究中的燒結(jié)時間、燒結(jié)溫度和成型壓力等都視為重要的研磨參數(shù)。另外，碳化硅顆粒增強的不均勻分布或結(jié)塊都能導(dǎo)致材料的強度、延展性和韌性的降低。因此，研磨參數(shù)的優(yōu)化就可以改善材料的機械性能。碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)合材料由于較高的強重比、良好的耐磨性和韌性以及抗疲勞性而廣泛應(yīng)用于航空和汽車制造行業(yè)。

       實驗材料和實驗步驟

       實驗用10 vol% 的碳化硅（20μm）對工業(yè)級鋁粉進(jìn)行增強處理，用SEM、XRD和EDX觀察鋁粉和碳化硅的尺寸、形狀和化學(xué)組份，如圖一，圖二所示：

       實驗結(jié)果和討論

       粉體形狀

       研磨時間分別在0、40、80和120分鐘時將碳化硅混入鋁粉。碳化硅份量為10%，其余為鋁粉。實驗過程中，研磨時間對顆粒尺寸和顆粒分布的影響很明顯：用SEM觀察研磨時間分別為40，80分鐘時顆粒尺寸變??；但在120分鐘時由于加工硬化而出現(xiàn)顆粒尺寸變大現(xiàn)象，這主要是由于碳化硅分布不均勻并結(jié)塊而致，如圖三（A和B）所示：

       冷壓和燒結(jié)后的微結(jié)構(gòu)

       圖六為10% SiC-Al復(fù)合材料的光學(xué)顯微像。研磨時間為0分鐘時，碳化硅在鋁基中分布不均，但顆粒結(jié)構(gòu)清晰可見。隨著研磨時間增至40分鐘和80分鐘時，顆粒結(jié)構(gòu)逐漸消失。試樣中可以觀察到SiC周圍的多孔性。研磨時間為120分鐘時，復(fù)合材料由于基體的嚴(yán)重形變而開始發(fā)生離析。

       硬度測試

       實驗對碳化硅鋁復(fù)合材料（直徑12.7mm，高度4.5mm）式樣施加10kg的負(fù)荷。硬度隨研磨時間增長而變大，研磨時間為80分鐘時，由于基體發(fā)生形變，硬度達(dá)到最大值。在該階段鋁基體形變可能會產(chǎn)生晶格畸變并引起晶格應(yīng)變，從而加劇錯位，也即硬度機理。研磨時間達(dá)到120分鐘時，由于基體的粒徑拉伸而引起離析，錯位不再是主要影響因素。

       抗壓測試

       實驗用液壓機制造出直徑1.5mm高度10mm的試樣，550℃下燒結(jié)5小時。

       圖八（a）為研磨時間0分鐘時的最大抗壓144Mpa；抗壓強度隨研磨時間增大而增大。（b）為研磨時間40分鐘時抗壓強度增至212Mpa；（c）為80分鐘時抗壓強度增至270 Mpa；（d）為120分鐘時抗壓強度降至221 Mpa，這是由于加工硬度及上升溫度引起離析的緣故。

       結(jié)論

       隨著研磨時間分別增至0、40、80和120分鐘，碳化硅鋁微粉的形狀由剛開始的薄片逐漸被破碎，只有在120分鐘時由于加工硬化而出現(xiàn)顆粒尺寸變大現(xiàn)象。

       隨著增強顆粒的增多，冷焊和破裂機制更加顯著并出現(xiàn)了均勻結(jié)構(gòu)。壓力應(yīng)變曲線圖證明隨著研磨時間的增大、增強顆粒尺寸和數(shù)量的增多以及初始密度的增大，試樣的延展性降低而硬度變大。硬度和抗壓應(yīng)力隨著研磨時間增長而變大，但在80分鐘之后由于磨粒形變引起鋁碳化硅之間的離析而開始降低。（作者：Mustafa Khaleel Ibrahim, Jamaliah Idris；翻譯：中國超硬材料網(wǎng)）