王坤等：超声外场对SiC/7085复合材料颗粒微观团聚与界面结合的作用机理 ·241· 30min后的样品进行电化学腐蚀，萃取颗粒.在扫描 成物（如图4(a)):施振时间30min后，颗粒状生成物 电镜下观测，图4为萃取后的颗粒表面形貌：超声施振增加、长大并覆盖住整个颗粒，形成一层致密的保护层 10min后的颗粒表面有2um左右的亮白色颗粒状生 (如图4(b)). 5 um 图4不同工况下SiCp/7085复合材料界面产物扫描电镜照片.(a)工况C:(b)工况D Fig.4 SEM images of SiCp/7085 composites interface products under different working conditions:(a)working condition C;(b)working condition D 图5是对图4中“+”处的能谱分析结果，根据能 谱分析表面产物主要含有的元素是C、0、Mg、Al、Si:图 *Al 6是对超声施振后复合材料的X射线衍射分析结果，X SiC ALCu 射线衍射显示制备的样品中有MgAL20,相，结合对电 ◆MgZn, ·MgAl,0, 化学萃取后颗粒的能谱分析与样品的X射线衍射分 析，对比Le等的研究)，可以认定界面处产物为 MgAL,04· -图4(a)+工况C 0 一图4b)+工祝D ◆ 20 40 60 80 20M(9 Mg 图6SiCp/7085复合材料X射线衍射谱 Fig.6 XRD patters of SiCp/7085 composites 较少，材料在塑性变形过程中缺陷源较少；另一方面， 颗粒与基体结合良好，材料在塑性变形的过程中载荷 能够有效的通过界面传递到增强体上.所以超声施振 1 2 3 30min复合材料的抗拉强度较未施加超声有大幅 能量keV 提升. 图5“+"处SiCp/7085复合材料界面产物能谱 Fig.5 EDS patterns of SiCp/7085 composites interface products at 3机理分析 position“+” 3.1颗粒分布分析 2.3复合材料的拉伸实验 本实验在大气环境中进行，当颗粒混合到熔体中， 图7为不同工况下复合材料的拉伸性能，由图可 熔体表面膜随着颗粒的加入两面自动下沉，并以双层 以看出，未经超声施振的复合材料其抗拉强度较小，尤 膜的形式把颗粒团包裹起来，颗粒简单的机械堆积在 其是半固体混合的样品，仅90.4MPa;超声施振10min 一起，同时夹杂吸附的气体难以散出：机械搅拌后，团 后，材料的抗拉强度虽较未施加超声有明显提升：超声 聚的颗粒在搅拌剪切力的作用下被打散成更小的团聚 施振30min后，材料抗拉强度达到185.7MPa,较半固 体，但是对于更小尺寸的团聚体，受限于搅拌的剪切力 态混合提高了105.4%，较机械搅拌提高了36.8%.一 度有限，不能完全分散，熔体中的气体也不能溢出：只 方面，由于超声施振过后，颗粒分布均匀且气孔等缺陷 有在SiC颗粒与铝液润湿角小于90°，且团聚体内没有王 坤等: 超声外场对 SiCp / 7085 复合材料颗粒微观团聚与界面结合的作用机理 30 min 后的样品进行电化学腐蚀,萃取颗粒. 在扫描 电镜下观测,图 4 为萃取后的颗粒表面形貌;超声施振 10 min 后的颗粒表面有 2 滋m 左右的亮白色颗粒状生 成物(如图 4(a));施振时间 30 min 后,颗粒状生成物 增加、长大并覆盖住整个颗粒,形成一层致密的保护层 (如图 4(b)). 图 4 不同工况下 SiCp / 7085 复合材料界面产物扫描电镜照片. (a) 工况 C; (b) 工况 D Fig. 4 SEM images of SiCp / 7085 composites interface products under different working conditions: (a)working condition C; (b) working condition D 图 5 是对图 4 中“ + 冶处的能谱分析结果,根据能 谱分析表面产物主要含有的元素是 C、O、Mg、Al、Si;图 6 是对超声施振后复合材料的 X 射线衍射分析结果,X 射线衍射显示制备的样品中有 MgAl 2 O4 相,结合对电 化学萃取后颗粒的能谱分析与样品的 X 射线衍射分 析,对比 Lee 等的研究[13] ,可以认定界面处产物为 MgAl 2O4 . 图 5 “ + 冶处 SiCp / 7085 复合材料界面产物能谱 Fig. 5 EDS patterns of SiCp / 7085 composites interface products at position “ + 冶 2郾 3 复合材料的拉伸实验 图 7 为不同工况下复合材料的拉伸性能,由图可 以看出,未经超声施振的复合材料其抗拉强度较小,尤 其是半固体混合的样品,仅 90郾 4 MPa;超声施振 10 min 后,材料的抗拉强度虽较未施加超声有明显提升;超声 施振 30 min 后,材料抗拉强度达到 185郾 7 MPa,较半固 态混合提高了105郾 4% ,较机械搅拌提高了36郾 8% . 一 方面,由于超声施振过后,颗粒分布均匀且气孔等缺陷 图 6 SiCp / 7085 复合材料 X 射线衍射谱 Fig. 6 XRD patterns of SiCp / 7085 composites 较少,材料在塑性变形过程中缺陷源较少;另一方面, 颗粒与基体结合良好,材料在塑性变形的过程中载荷 能够有效的通过界面传递到增强体上. 所以超声施振 30 min 复合材料的抗拉强度较未施加超声有大幅 提升. 3 机理分析 3郾 1 颗粒分布分析 本实验在大气环境中进行,当颗粒混合到熔体中, 熔体表面膜随着颗粒的加入两面自动下沉,并以双层 膜的形式把颗粒团包裹起来,颗粒简单的机械堆积在 一起,同时夹杂吸附的气体难以散出;机械搅拌后,团 聚的颗粒在搅拌剪切力的作用下被打散成更小的团聚 体,但是对于更小尺寸的团聚体,受限于搅拌的剪切力 度有限,不能完全分散,熔体中的气体也不能溢出;只 有在 SiC 颗粒与铝液润湿角小于 90毅,且团聚体内没有 ·241·