【摘 要】
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原位自生颗粒增强铝基复合材料具有比强度高、密度小、热膨胀系数低等优点。与非原位铝基复合材料相比,原位自生铝基复合材料中的增强颗粒是通过化学反应的方式在铝基体中形核并生长,增强颗粒与基体结合界面洁净。然而,铸态原位自生铝基复合材料不可避免出现颗粒偏聚、晶粒粗大、气孔等铸造缺陷,使得原位铝基复合材料的力学性能难以得到明显改善,常规的二次加工技术（如轧制,挤压等）对于铸造缺陷消除以及晶粒细化起到明显作用
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（No.51605206）；
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原位自生颗粒增强铝基复合材料具有比强度高、密度小、热膨胀系数低等优点。与非原位铝基复合材料相比,原位自生铝基复合材料中的增强颗粒是通过化学反应的方式在铝基体中形核并生长,增强颗粒与基体结合界面洁净。然而,铸态原位自生铝基复合材料不可避免出现颗粒偏聚、晶粒粗大、气孔等铸造缺陷,使得原位铝基复合材料的力学性能难以得到明显改善,常规的二次加工技术（如轧制,挤压等）对于铸造缺陷消除以及晶粒细化起到明显作用,但是对于颗粒偏聚等问题改善效果不明显。搅拌摩擦加工作为一种固态大塑性变形的加工技术,可以对铝基复合材料进行二次加工,可有效细化、均匀化颗粒、并且细化基体晶粒,从而达到增强增塑提高材料性能的目的。本文设计通过熔融AA6082铝合金与K2Zr F6发生化学反应制备原位自生Al3Zr/AA6082颗粒增强复合材料,首先研究其微观组织、颗粒形态、尺寸、分布及力学性能;然后采用搅拌摩擦加工技术对铝基复合材料进行二次加工,研究不同加工工艺与铝基复合材料微观组织、颗粒形态以及性能之间的影响规律,探究其强化机制及腐蚀机理。原位自生Al3Zr/AA6082颗粒增强复合材料制备及表征结果表明:Al3Zr颗粒在铝基复合材料内部分布相对较为均匀,颗粒尺寸约为4-5μm。增强颗粒通过化学反应在基体中形核、生长,颗粒表面无污染,并且与基体之间冶金结合良好,结合界面清洁干净。铸态铝基复合材料晶粒相对较为粗大,晶粒尺寸为70-80μm。材料内部晶粒取向分布较为随机。铝基复合材料抗拉强度为152.3MPa,断裂形式为韧性断裂。采用不同转速搅拌摩擦加工对复合材料进行二次加工,试验结果表明:受到不同转速搅拌摩擦加工的作用,铝基复合材料晶粒均由粗大不规则形态转变为细小等轴晶,在转速为800rpm的加工后条件下晶粒尺寸为3-4μm,约为铸态复合材料晶粒尺寸的1/16。增强颗粒受到搅拌针剧烈搅拌作用分布弥散均匀并且发生明显细化,在转速为1200rpm的加工条件下颗粒尺寸为0.8-1μm。不同转速加工下Al3Zr/AA6082铝基复合材料的抗拉强度最高达224.14MPa,较母材提高45%。经搅拌摩擦加工过后,铝基复合材料发生点蚀的敏感性明显降低,在腐蚀环境中的腐蚀速率明显降低。采用多道次搅拌摩擦加工对复合材料进行二次加工,试验结果表明:随着加工道次的增加,搅拌区晶粒细化程度进一步提升。当重叠道次为2次时,搅拌区晶粒细化效果达到最好,并且组织均匀化程度最好。增强颗粒（Al3Zr）细化程度随着道次的增加进一步提高,并且弥散均匀程度也随之提升,当重叠道次为2次时,颗粒尺寸为0.1-0.5μm。搅拌区晶粒细化程度的提升以及增强颗粒细化弥散程度的增大使得复合材料抗拉强度随之提高,达到263MPa,较铸态复合材料提高70.8%。多道次搅拌摩擦加工后复合材料动态再结晶充分进行,电化学腐蚀性能较单道次加工条件下明显提高,复合材料自腐蚀电流密度明显降低。
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