● 摘要
铝合金具有密度小、重量轻、比强度高、电导与热导性好、耐腐蚀等优点，是航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中应用最广的一类有色金属结构材料。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金的性能提出了更高的要求。超高强铝合金（500MPa以上）由于具有很高的强度和韧性，是航空航天领域极具应用前景的结构材料。
在铝合金中加入增强颗粒是提高铝合金强度的有效方法。本文采用机械合金化的方法，在商业2024铝合金中分别加入B4C和碳纳米管(CNTs)粉末作为增强体制备了纳米晶铝合金粉末，并经真空热压烧结和热挤出成型。利用X射线衍射(XRD)、激光粒度分析仪、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、透射电镜(TEM)、显微硬度以及室温压缩和拉伸等分析了复合粉末和块体材料的微观形貌、颗粒尺寸、相组成、界面结构、力学性能等。主要研究内容及结果如下：
研究了球磨过程中球磨时间、转速、助磨剂、增强颗粒种类及含量等对复合粉末微观形貌的影响。结果表明，随着球磨时间的增加，粉末尺寸先增大后减小，最后趋于稳定，而粉末内部的晶格畸变逐渐增大；B4C的加入有利于复合粉末的细化，当B4C含量为20wt.%，球磨时间为24小时，复合粉末颗粒尺寸从原始粉末的39μm减小到20μm；球磨后的CNTs/2024 Al复合粉末，碳纳米管以团聚、分散和嵌入基体三种形式分布。
对于B4C/2024 Al复合粉末，通过热压成型后，块体试样部分铝基体晶粒尺寸长大到微米级，B4C均匀弥散地分布在铝基体中且其周围的铝基体仍然保持在纳米级，基体内部有Al7Cu2Fe和Al2Cu相析出。压缩测试结果表明，B4C的加入和机械球磨极大地提高了铝合金的强度。为了进一步改善复合材料的力学性能，在24小时球磨后的40wt.%B4C/2024 Al复合粉末中再混入未球磨的2024 Al，块体复合材料的压缩可提高到1115MPa。强化机制分析表明，Orowan强化、位错强化和细晶强化是B4C/2024 Al复合材料的主要强化机制。
对于CNTs/2024 Al块体试样的研究表明，析出相Al2Cu均匀弥散地分布在基体中，且沿挤出方向呈定向排列。1wt.%CNTs的加入使2024 Al的拉伸强度提高了15%，但当CNTs含量达到3wt.%，拉伸强度和延伸率均有所下降。