纳米氧化锆涂层对Mg2B2O5/Al复合材料界面与性能的研究

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采用改进的溶胶凝胶法在硼酸镁晶须(简记为MBOw)表面进行ZrO2涂覆,涂覆含量(质量比)分别为MBOw:ZrO2=30:1,15:1和7.5:1。采用挤压铸造法制备硼酸镁晶须增强铝基复合材料(基体采用AA2024铝合金),晶须预制件的体积分数为25%,复合材料简记为MBOw/ZrO2/2024Al。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)研究了MBOw/ZrO2/2024Al复合材料的显微组织结构;利用XRD、SEM、EDS研究了MBOw晶须形貌及表面ZrO2涂覆情况。利用TEM研究不同固溶(498℃)处理时间对MBOw/ZrO2/2024Al复合材料的界面反应的影响。对铸态、固溶处理及T6(175℃)处理下MBOw/ZrO2/2024Al复合材料的拉伸性能进行测试,利用SEM观察拉伸断口形貌。利用XRD分析固溶处理对MBOw/ZrO2/2024Al复合材料织构的影响。研究结果表明,界面反应在制备MBOw/ZrO2/2024Al复合材料的压铸过程中已经发生,反应产物为γ-Al2O3。TEM观察及标准衍射花样标定结果显示,固溶(498℃,2h)处理的界面上存在两种反应产物γ-Al2O3和MgAl2O4。界面结合状态受固溶处理时间影响。压铸态界面反应轻微,界面平直干净,界面包覆物呈针状或台阶状。固溶处理促进界面反应,界面上针状包覆物合并为台阶状。随固溶处理时间延长,界面处台阶继续合并并逐渐消失。界面反应层逐渐变宽。MBOw/ZrO2/2024Al复合材料的弹性模量、抗拉强度和屈服强度都受到界面反应程度显著影响。对于不同的拉伸性能,由于各自的影响机制,分别存在最佳的界面结合状态。MBOw/ZrO2/2024Al复合材料的抗拉强度、屈服强度受时效处理影响明显。
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