Abstract
本研究以往復式擠型法由6061Al粉、Al2O3粉及graphite粉分別製造6061Al-Al2O3及現場反應生成(in-situ)之6061Al-(graphite, Al4C3)複合材料，並探討製程參數、微結構、機械性質、磨耗性質及制震性能之關連。在6061Al-Al2O3複合材料方面，Al2O3強化粒子尺寸選用12.5、0.3及0.05 mm三種，實驗結果顯示，除6061Al-10% 0.05mm Al2O3複合材料緻密度為99.6 %外，其它複合材料緻密度達100 %，原始粉末界面及壓形體孔洞均被有效消除。此外，12.5及0.3 mm的Al2O3強化粒子皆可均勻散佈於鋁基材中，而0.05 mm強化粒子則仍殘留部份堅硬的聚團，但尺寸在0.5 mm以下。複合材料的晶粒尺寸可細化至2~5 mm，晶粒內部具次晶粒結構，其尺寸為100~300 nm，差排密度比6061Al合金高2個次方。在時效行為方面，6061Al-Al2O3複合材料時效硬化效果較差，係由於析出強化合金元素Mg和Al2O3粒子反應形成MgAl2O4而損耗所致，此效應隨Al2O3添加量增加及尺寸減小而愈明顯。在拉伸性質方面，6061Al-Al2O3複合材料顯示甚大的加工硬化能力，延展性極佳，6061Al-30 vol.% 12.5 mm Al2O3與6061Al-20 vol.% 0.3 mm Al2O3複合材料之伸長率分別可達9.8 %及8.8 %。在磨耗性質方面，6061Al-Al2O3複合材料具摩擦係數高、磨耗速率低的特點。整體而言，6061Al-0.3 mm Al2O3複合材料具有最佳之剛性、強度及延展性的性質組合。在6061Al-(graphite, Al4C3)複合材料方面，所得緻密度達100 %，原始粉末介面及壓形體孔洞亦被有效消除。Al及graphite在擠型及固溶處理兩個階段裡現場反應生成Al4C3散佈相，使複合材料固溶淬火硬度與時效硬度皆隨graphite添加量增加而增加。6061Al-20 vol.% (graphite, Al4C3)複合材料經530℃固溶處理24小時，並時效處理至最大硬度，其硬度為Hv 198，與7075Al尖峰時效硬度相當。在磨耗性質方面，Al-(graphite, Al4C3)複合材料具有較低之摩擦係數與磨耗速率，係因複合材料內部同時存在散佈強化相Al4C3及固態潤滑相graphite所致。在制震能方面，Al-(graphite, Al4C3)複合材料的制震性質可用graphite的本質制震、界面制震、差排制震及晶界制震等四項機構說明。此外，Al-(graphite, Al4C3)複合材料經時效處理，制震能呈現一最大值，此奇特現象可歸因於界面或晶界上的非均質成核析出物提高複合材料的差排及界面制震能力所致。整體而言，6061Al-20 vol.% (graphite, Al4C3) 複合材料經時效處理2小時，具有最佳的制震能、剛性及硬度的性質組合。