【摘 要】
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随着如今轻量化及节能减排标准的不断提高,交通运输、航空航天和军工等行业的高质量发展亟需高性能的轻质合金材料。与传统的黑色金属相比,铝基复合材料具有多种性能优势,如密度低、比强度高、良好的导电性和抗蠕变能力等,因此得到了人们的广泛关注。然而经过人们长期对铝基复合材料的研究发现,均匀组织结构的铝基复合材料在性能上的提升已经达到了瓶颈阶段,因此许多科研工作者研究的焦点开始转向非均匀组织结构的铝基复合材料
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随着如今轻量化及节能减排标准的不断提高,交通运输、航空航天和军工等行业的高质量发展亟需高性能的轻质合金材料。与传统的黑色金属相比,铝基复合材料具有多种性能优势,如密度低、比强度高、良好的导电性和抗蠕变能力等,因此得到了人们的广泛关注。然而经过人们长期对铝基复合材料的研究发现,均匀组织结构的铝基复合材料在性能上的提升已经达到了瓶颈阶段,因此许多科研工作者研究的焦点开始转向非均匀组织结构的铝基复合材料,而越来越多的非均质铝基复合材料也被设计研发出来,性能也有了较大提升。经过长期的研究表明,随着增强相的引入,材料的室温强塑性匹配矛盾就会变大,即表现为强度上升,塑性下降。同时随着增强相引入量的增加,对于材料强度的提升比较有限,但是塑性会急剧下降,而通过调控材料的组织结构有望使其获得一个较好的强塑性匹配。针对以上问题,本文以原位合成法制备的AlN/Al复合材料作为研究对象,采用热挤压、旋锻变形、热处理、添加合金元素、高压扭转等材料处理手段调控设计多种不同的AlN/Al复合材料组织结构。通过组织的设计和调控来分析非均匀的组织结构对AlN/Al复合材料力学性能的影响,进一步探究了合金化对提高材料室温力学性能的作用,并利用金相显微镜、扫描电镜、电子背散射衍射技术和透射电镜等材料分析表征方法进行深入的研究与讨论。主要结论如下:（1）AlN/Al纳米复合材料的组织调控与强化机制同时拥有AlN颗粒网状结构和粗晶纯Al层状结构的双级异构AlN/Al复合材料具有较为优异的室温强塑性。其中粗晶纯Al层状结构提高加工硬化能力,同时提供少量HDI（异质变形诱导）应力,AlN颗粒网状结构会提供较大的HDI应力。（2）AlN/Al-Mg复合材料的微观组织及力学性能Mg元素的添加有助于Al基体的晶粒细化,其固溶强化作用对AlN/Al复合材料的室温强度有较大的提升,但会损失一定塑性,且随着Mg元素的增加塑性下降得越明显。（3）高压扭转对AlN/Al-Mg复合材料微观组织及室温力学性能的影响经过高压扭转后出现高密度的层错,层错对位错的阻碍作用以及Mg元素的固溶强化和细化晶粒作用使其强度得到显著提升,而微量Mg元素对动态回复和动态再结晶抑制作用较弱,在高压扭转过程中会出现动态回复和动态再结晶,从而提高了塑性。
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