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　　引言

       机械合金化（MA）作为一种粉末加工工艺，粉末颗粒要经过反复的形变、碎裂和锻接。MA广泛应用于材料合成：类似金属间化合物，过饱和固溶体，或者稳定/不稳定硼化物、碳化物、氮化物和硅化物的成形。铝合金中掺入陶瓷硬质颗粒通常是为了增加强度，显微硬度和耐磨性。但选择一个研磨优化参数对于工件的机械性能也很重要，本研究中的烧结时间、烧结温度和成型压力等都视为重要的研磨参数。另外，碳化硅颗粒增强的不均匀分布或结块都能导致材料的强度、延展性和韧性的降低。因此，研磨参数的优化就可以改善材料的机械性能。碳化硅颗粒增强铝基复合材料由于较高的强重比、良好的耐磨性和韧性以及抗疲劳性而广泛应用于航空和汽车制造行业。

       实验材料和实验步骤

       实验用10 vol% 的碳化硅（20μm）对工业级铝粉进行增强处理，用SEM、XRD和EDX观察铝粉和碳化硅的尺寸、形状和化学组份，如图一，图二所示：

       实验结果和讨论

       粉体形状

       研磨时间分别在0、40、80和120分钟时将碳化硅混入铝粉。碳化硅份量为10%，其余为铝粉。实验过程中，研磨时间对颗粒尺寸和颗粒分布的影响很明显：用SEM观察研磨时间分别为40，80分钟时颗粒尺寸变小；但在120分钟时由于加工硬化而出现颗粒尺寸变大现象，这主要是由于碳化硅分布不均匀并结块而致，如图三（A和B）所示：

       冷压和烧结后的微结构

       图六为10% SiC-Al复合材料的光学显微像。研磨时间为0分钟时，碳化硅在铝基中分布不均，但颗粒结构清晰可见。随着研磨时间增至40分钟和80分钟时，颗粒结构逐渐消失。试样中可以观察到SiC周围的多孔性。研磨时间为120分钟时，复合材料由于基体的严重形变而开始发生离析。

       硬度测试

       实验对碳化硅铝复合材料（直径12.7mm，高度4.5mm）式样施加10kg的负荷。硬度随研磨时间增长而变大，研磨时间为80分钟时，由于基体发生形变，硬度达到最大值。在该阶段铝基体形变可能会产生晶格畸变并引起晶格应变，从而加剧错位，也即硬度机理。研磨时间达到120分钟时，由于基体的粒径拉伸而引起离析，错位不再是主要影响因素。

       抗压测试

       实验用液压机制造出直径1.5mm高度10mm的试样，550℃下烧结5小时。

       图八（a）为研磨时间0分钟时的最大抗压144Mpa；抗压强度随研磨时间增大而增大。（b）为研磨时间40分钟时抗压强度增至212Mpa；（c）为80分钟时抗压强度增至270 Mpa；（d）为120分钟时抗压强度降至221 Mpa，这是由于加工硬度及上升温度引起离析的缘故。

       结论

       随着研磨时间分别增至0、40、80和120分钟，碳化硅铝微粉的形状由刚开始的薄片逐渐被破碎，只有在120分钟时由于加工硬化而出现颗粒尺寸变大现象。

       随着增强颗粒的增多，冷焊和破裂机制更加显著并出现了均匀结构。压力应变曲线图证明随着研磨时间的增大、增强颗粒尺寸和数量的增多以及初始密度的增大，试样的延展性降低而硬度变大。硬度和抗压应力随着研磨时间增长而变大，但在80分钟之后由于磨粒形变引起铝碳化硅之间的离析而开始降低。（作者：Mustafa Khaleel Ibrahim, Jamaliah Idris；翻译：中国超硬材料网）