热处理对超高强度SiC/Al–Zn–Mg–Cu复合材料微观组织、力学性能和断裂行为的影响

SiC/Al–Zn–Mg–Cu铝基复合材料具有可以媲美钛合金的抗拉强度和弹性模量,作为轻量化结构材料的应用潜力巨大,成为了近年来的研究热点。增加合金元素含量,尤其是Zn元素,是提高Al–Zn–Mg–Cu系铝基复合材料力学性能的有效手段。然而,提高合金含量意味着沉淀相的种类、含量和分布可能发生变化,从而影响复合材料的力学性能和断裂行为。本文旨在开发一种超高强度铝基复合材料,阐明影响其力学性能的关键因素,为材料组织调控提供理论基础。本研究采用粉末冶金和热挤压变形的方法,制备了含12%SiC（体积分数）颗粒的SiC/Al–13.3Zn–3.27Mg–1.07Cu（质量分数,%）复合材料,通过微观组织表征、硬度、电导率和力学性能测试系统地优化了固溶和时效处理工艺,研究了第二相演化及其对复合材料微观组织、力学性能和断裂机制的影响规律。
结果表明：双级固溶（470°C/1 h + 480°C/1 h）和低温时效（100°C/22 h）处理可以获得第二相充分溶解且纳米析出相均匀分布的微观组织,最佳抗拉强度可达781 MPa。断口分析表明,沿晶断裂和界面脱粘是超高强度SiC/Al–Zn–Mg–Cu复合材料的主要断裂机制。SiC/Al界面和高角度晶界处存在无析带,是限制复合材料强度提高的主要因素。界面反应产物MgO以及第二相MgZn2和Cu5Zn8优先在SiC/Al界面形核并长大,降低界面结合强度,进一步导致界面开裂。