3  SiCp/Al 等离子弧焊接接头性能分析 13

3.1  焊缝表面成形分析 13

3.2  接头微观组织分析 14

3.3  接头力学性能分析 16

3.4  本章小结 17

4  SiCp/Al 电子束焊接接头性能分析 17

4.1  焊缝宏观形貌分析 17

4.2  接头微观组织分析 18

4.3  接头力学性能分析 20

4.4  本章小结 20

结  论 22

致  谢 23

参 考 文 献 24

1  序言

1.1  铝基复合材料概况

复合材料是指两种或两种以上不同性质的单一材料，通过不同的复合方法所得到的宏观多相材料[1]。而铝基复合材料是指以铝或其合金为基体，并以纤维、晶须、颗粒等为增强相的复合材料。铝基复合材料的性能取决于基体合金和增强体的特性、含量、分布等。通过优化组合可获得既具有金属特性，又具有高比强度、高比模量、耐热、耐磨等综合性能。总之与基体合金相比，铝基复合材料具有以下性能特点[2]：

1）高比强度、高比模量

由于在金属基体中加入了适量的高强度、高模量、低密度的增强体，明显提高了复合材料的比强度和比模量。

2良好的导电、导热性能

铝基复合材料中铝基体占有很高的体积分数，因此仍保持基体金属所特有的良好导热和导电性。

3）良好的高温性能

由于金属基体的高温性能比聚合物高很多，增强纤维、晶须、颗粒在高温下具有很好的高温强度和模量，因此复合材料具有比基体金属更高的高温性能。特别是连续纤维增强铝基复合材料，其高温性能可保持到接近金属熔点。

4）耐磨性好

由于加入大量的细小陶瓷颗粒，其硬度高、耐磨、化学性质稳定，使复合材料具有很好的耐磨性。如SiCp/A1复合材料的耐磨性比基体金属高出几倍。

5）良好的尺寸稳定性

许多增强物都具有很小的热膨胀系数，加入相当含量的增强物可以降低材料膨胀系数，从而得到热膨胀系数小、尺寸稳定性好的铝基复合材料。

6）良好的疲劳性能和断裂韧度

影响复合材料疲劳性能和断裂韧性的主要因素有增强物与基体的界面结合状态、基体与增强物本身的特性和增强物在基体中的分布等。界面结合状态良好，可以有效地传递载荷，并阻止裂纹扩展，提高材料的断裂韧性。

1.2  铝基复合材料常用焊接方法

1.2.1  熔化焊接

熔化焊作为应用范围广、使用成本低的常用焊接方法用于铝基复合材料的焊接，获得了一定的成功，但连续纤维增强铝基复合材料熔化焊时的高温会使纤维溶解，大大降低了接头的强度，所以一般不予采用。颗粒增强铝基复合材料熔化焊也存在如下问题[3~ 4]：论文网

1）熔化状态下熔池粘度高，妨碍熔化母材和填充金属的充分混合；

2）熔池凝固过程中发生增强相偏析，产生部分无增强颗粒的铝合金，严重影响接头性能的连续性；

3）高温下材料（尤其是粉末冶金法制备的铝基复合材料）吸留气体析出，造成焊接热影响区裂纹或焊缝气孔；