【摘 要】
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金属基复合材料在当今社会汽车、航空航天等众多领域有广泛应用。随着产品淘汰、损伤失效等,会产生大量废弃金属基复合材料,不利于生态环境保护的战略安排。为响应国家2030年前碳达峰、2060年前碳中和的目标,本课题探寻再生利用金属基复合材料的制备工艺以及材料性能。本文采用谭鑫所提出的SiCp/Al复合材料车屑的再生利用方法。将复合材料车屑进行进一步球磨后再次进行自排气压力浸渗,制备得到以复合材料颗粒为增
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金属基复合材料在当今社会汽车、航空航天等众多领域有广泛应用。随着产品淘汰、损伤失效等,会产生大量废弃金属基复合材料,不利于生态环境保护的战略安排。为响应国家2030年前碳达峰、2060年前碳中和的目标,本课题探寻再生利用金属基复合材料的制备工艺以及材料性能。本文采用谭鑫所提出的SiCp/Al复合材料车屑的再生利用方法。将复合材料车屑进行进一步球磨后再次进行自排气压力浸渗,制备得到以复合材料颗粒为增强体的铝基复合材料（本文简记为CP/Al）。另一方面,传统研究的金属基复合材料通过改变增强体的粒径大小、增强体形貌来改善复合材料力学性能,但在材料强度得到提升的同时,材料塑性会大幅减弱。现有研究表明,对材料进行结构设计使增强体非均匀分布可以达到提升材料强度的同时保有一定的塑性。本课题的CP/Al复合材料中以复合材料作为增强体,实际上发挥作用的是以形成团簇的SiC颗粒作为增强体,这种SiC颗粒非均匀的增强体分布状态可以使得复合材料成为具有一定塑性的。本课题对复合材料车屑再生利用材料进行研究,期待在实现再生利用的同时得到具有一定强度和塑性的可变性颗粒增强复合材料。本课题通过对SiCp/Al复合材料车屑进行球磨,接着再和铝合金进行压力浸渗从而制备CP/Al复合材料。利用金相分析复合材料致密程度,利用EDS分析复合材料界面状况。利用热压缩试验分析热变形行为,并据此对材料进行热挤压。对挤压前后材料进行力学性能分析,结合SEM断口分析以及Digimat有限元分析,研究复合材料力学性能。组织分析得到复合材料致密,且对于CP/5083Al复合材料在CP颗粒与5083Al界面处以及CP颗粒内部SiC颗粒与2024Al界面处均存在少量析出相。在材料的制备以及热处理过程中2024Al与5083Al会发生元素的互扩散。通过CP粒径为150μm、100μm、50μm,基体为2024Al以及5083Al的CP/Al复合材料进行拉伸弯曲力学性能测试,结合拉伸断口分析以及有限元分析,得到两种铝合金基体下,复合材料在CP粒径为100μm时的强度以及塑性达到最优。通过CP粒径为150μm和100μm的CP/5083Al热动态模拟试验,得到两种复合材料在热压缩变形中均会发生动态再结晶,二者的热激活能分别为241k J/mol和224k J/mol。通过三维热加工图的绘制得到两种材料的最佳热加工条件分别为温度范围490℃～530℃、应变速率范围为0.0001s-1～0.0003s-1以及温度范围 480℃～530℃、应变速率范围为0.001s-1～0.006s-1。通过挤压态CP/5083Al复合材料形貌分析,得到挤压后增强体变形为条带状组织。拉伸弯曲力学性能研究,得到挤压态下复合材料的强度提高,塑性增大,力学性能变好。并结合有限元分析解释了这一原因。
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