题目：含增强颗粒纳米晶铝合金的制备及性能研究

 

    超高强铝合金是航空航天领域极具应用前景的结构材料。本论文提出通过细化晶粒至纳米尺度的同时引入硬质颗粒增强相，达到弥散强化的效果，从而可以显著提高铝合金的强度。首先采用气雾化法获得微米级2024铝合金粉末和Al-Ni-Ce-Fe-Cu粉末为原料，通过高能球磨制备出铝合金纳米晶粉体，采用真空热压烧结和放电等离子烧结使粉体成型，再经过热挤出获得致密的纳米晶块体材料。利用XRD、SEM、TEM、显微硬度测试、室温压缩测试等手段， 分别研究了球磨时间、增强颗粒加入量、过程控制剂(PCA)及球磨转速等不同参数对合金粉末的形貌、物相结构、热稳定性，以及块体合金的微观组织及力学性能的影响，并得出以下结论：

（1）粉末颗粒度随球磨时间的增加先减小再增大，最后基本保持稳定。在相同的球磨条件下，随着增强颗粒含量的增加，球磨后粉末的颗粒度逐渐减小。球磨转速越高，颗粒度越小。而晶粒度随时间的增加先迅速减小，随后基本保持稳定；增强颗粒的加入会使其减小；球磨转速对其影响不大。研究发现，在球磨过程中，合金粉末在外来机械力的作用下将产生变形和缺陷，导致表面发生非晶相转变，随着球磨的进行，这些非晶相将破碎脱落并重新焊合，露出新的颗粒表面，如此反复地完成相转变，在有效球磨时间72小时以上时， Al-Ni-Ce-Fe-Cu合金粉末将发生完全非晶转变。

（2）对于热压烧结成型的纳米晶体材料，研究发现热挤出块体中有纳米级Al2Cu相析出，且未加入增强颗粒的2024铝合金粉末热挤出后析出相较多。热挤出后材料晶粒尺寸有所增加，为70nm左右。热挤出块体材料中，铝基体的维氏显微硬度随球磨的进行及增强颗粒的加入而增加，最高可达到151。并不是球磨时间越长，加入增强颗粒越多，热挤出块体压缩强度越高，最优球磨工艺为加入10wt.%2024颗粒，球磨48h，加入4%PCA，球磨转速为300rpm，其压缩强度可达652MPa，远远高于原料2024铝合金。

（3）在不同的温度下对高能球磨制备的Al-Ni-Ce-Fe-Cu非晶合金粉末进行放电等离子烧结，研究发现块体材料可以很好的保持球磨粉末的形貌及晶粒度，并在723K下烧结可保持部分非晶状态，但是致密度比较低，压缩性能提升不明显。