开发并表征了AA-2219-Al2O3金属基复合材料（MMCs）的微观结构、力学性能和热性能，以应用于内燃机领域

《Results in Chemistry》：Development and characterization of microstructure, mechanical and thermal behavior of AA-2219-Al2O3 MMCs for I. C. engine application

　　S. Harish | Shanawaz Patil
印度班加罗尔Reva大学机械工程学院

**摘要**
铝合金AA2219是一种具有优异机械性能和高温下良好表现的高强度合金。本研究探讨了氧化铝微粒对AA2219微观结构、抗拉应力、伸长率、屈服应力、硬度、冲击强度、导热系数和热膨胀率的影响。复合材料中氧化铝的质量百分比介于3%至12%之间。采用对流式和成本效益高的搅拌铸造工艺制备了AA2219-氧化铝复合材料。通过光学显微镜和扫描电子显微镜（SEM）对微观结构进行分析发现，在150–300 rpm的搅拌速度下，氧化铝颗粒在AA2219基体中形成了树枝状结构，并且陶瓷颗粒在基体中均匀分散。研究表明，将氧化铝质量百分比从3%增加到12%可使机械性能提高25–30%，但导热系数降低了35.6%。当温度从100摄氏度升高到500摄氏度时，由于氧化铝含量的增加，热膨胀系数也降低了26.15%。这种开发的AA2219-氧化铝复合材料适用于飞机机身、燃料箱、内燃机排气阀和其他高温部件。

**1. 引言**
基于铝的铝基复合材料（AMCs）具有良好的可用性、耐用性、高比强度、低热膨胀率和刚性、高温下的优异性能以及优异的耐磨性和减振能力。这些特性使得铝基复合材料成为先进工程应用中的独特材料。AMCs广泛应用于家居、汽车、航空航天和风力涡轮机等领域。本综述旨在了解AMCs的机械特性、样品磨损分析以及当前的铸造技术。搅拌铸造是生产AMCs的主要方法。航空航天和汽车行业特别青睐铝基材料的高强度重量比和高刚性。近年来，许多行业和研究人员采用了不同的技术来制造AMCs，其中搅拌铸造技术是最有效且最直接的方法[1][2][3][4][5]。根据M. Ravi Kumar等人的研究（2018年），随着引入更多Al2O3和SiC颗粒，复合材料的机械性能得到提升；通过提高老化温度，材料的硬度和耐磨性也得到改善。6% Al2O3、9% SiC和180°C的老化温度是达到最大硬度的理想参数；而2% Al2O3、3% SiC和160°C的老化温度则有助于减少磨损。SEM分析显示，在测试过程中最常见的磨损类型是磨料磨损，这会导致氧化层的形成[6]。Altinkok N等人研究了添加氧化铝和氧化硅增强剂的铝合金，并制备了不同质量百分比的复合材料，通过针盘试验评估了磨损率。将预热的SiC和氧化铝颗粒掺入基体中可以提高耐磨性；在不同负载和速度条件下，表面会形成微裂纹，且增强颗粒尺寸的变化也会影响磨损率。Kaezmar等人研究了含有10–20% Al2O3的Al7075和Al2024合金复合材料，结果发现增加氧化铝纤维可以减少磨损损失；磨损后的石墨纤维在石墨颗粒存在的情况下起到润滑作用，提高了耐磨性并防止黏附[8]。Baradeswaran（2014年）研究了通过搅拌铸造法制备的Al7075-氧化铝-石墨复合材料的老化性能，发现加入氧化铝颗粒后复合材料变得更硬，但由于添加了石墨，压缩强度、抗拉强度和弯曲强度有所下降，但这种影响被氧化铝颗粒消除了。由于石墨的自润滑作用，试样表面的摩擦系数也降低了[9]。氧化铝颗粒具有高熔点、高硬度和相对于基体材料的高密度，因此被用作增强铝合金的最佳材料之一。Al6061基体中的氧化铝分布均匀，团聚现象较少；当添加较大量的氧化铝时，可能会发生部分团聚[10]。研究表明，适量氧化铝与基体结合可以减少磨损损失[11]。ZX51/Al2O3镁基复合材料显示，氧化铝在整个基体中均匀分布，提高了搅拌铸造复合材料的整体强度和硬度[12]。与纯铜基体相比，添加不同百分比氧化铝的镁基复合材料具有更高的耐磨性[13]。最新研究表明，添加Al2O3颗粒的AA2219在热性能和机械性能方面有显著提升；由于基体与增强剂之间有效的载荷传递，氧化铝的加入提高了硬度、抗拉强度和耐磨性[15][16][17]。此外，这些复合材料由于其优异的导热系数和低热膨胀系数，非常适合用于内燃机部件等高温应用[18][19]。在循环热应力条件下，陶瓷颗粒的加入还能提高抗蠕变性能和尺寸稳定性[20][21]。然而，尽管有这些优点，也存在一些缺点：添加脆性氧化铝颗粒会降低复合材料的延展性和冲击韧性[22]，并且界面结合不良、颗粒分布不均和团聚可能导致受力时过早失效[23]。制造过程中孔隙率的增加还会进一步影响可靠性和机械性能。

AA2219-Al2219金属基复合材料（MMCs）的制备存在诸多挑战，尽管搅拌铸造成本低廉且普及，但仍存在润湿性差、氧化和增强颗粒团聚等问题[24]。挤压铸造和粉末冶金等先进技术虽然能更好地控制微观结构和颗粒分布，但成本更高且工艺更复杂[16][25]。为克服这些问题，纳米增强和混合复合材料技术的最新进展需要精确控制工艺参数，以确保颗粒均匀分布和良好的界面结合[26]。

为了明确研究方向并准确描述问题，进行了全面的文献综述[27][28]。尽管已经制备了质量百分比在2%至8%之间的AA2219/Al2219复合材料，但其机械性能并未取得显著进步。添加等量（50–130 μm）氧化铝颗粒对AA2219基体的影响也尚未得到充分研究。目前MMCs的磨损率测量仅限于5至30 N的载荷和300至500 rpm的速度范围。本研究的创新之处在于采用了综合方法，结合了机械性能、热性能和微观结构分析，用于设计适用于内燃机的AA2219–Al2O3金属基复合材料。与以往主要关注强度或热行为的研究不同，本研究通过系统关联增强材料含量与抗拉性能、硬度及热性能，建立了明确的结构-性能关系[27]。此外，本研究的Al2O3含量经过优化，以实现强度和热稳定性之间的平衡[28]。

**2. 材料与方法**
2.1. 基体与增强材料
本研究使用AA2219作为基体材料。Al7075合金也广泛应用于汽车和航空航天等领域，因为它通过增强作用显著改善了热机械性能。该合金还可进行热处理，进一步提升其性能。例如，美国军队的M16步枪、攀岩装备、悬挂式滑翔机的骨架、自行车部件、模具工具、轴和刀具等都使用了AA2219[29]。根据文献综述[5][29][30][31]，选择氧化铝（Al2O3）作为增强材料，因其能提高铝合金的硬度、耐磨性和抗拉强度。表2和表3展示了AA2219合金及Al2O3的机械性能；图1展示了氧化铝颗粒的SEM分析结果。

**表1. AA2219合金的化学成分**
| 元素 | 百分比 | |
|--------------|-----------|-----------|
| 铜 | 9.15–93.8% | |
| 铁 | 5.8–6.8% | |
| 镁 | 0.3% | |
| 锰 | 0.02% | |
| 硅 | 0.2–0.4% | |
| 钛 | 0.1% | |
| 钒 | 0.05–0.15% | |
| 锌 | 0.1% | |
| 锆 | 0.1–0.25% | |
| 残余物 | 0.15% | |

**表2. AA2219合金的机械性能**
| 出密度 (g/cc) | 硬度 (BHN) | 抗拉强度 (MPa) | 屈服强度 (MPa) | 弹性模量 (GPa) | 伸长率 (%) | 泊松比 |
|----------------|-----------|-----------|-----------|--------------|-----------|------------|
| | 2.84 | 154 | 142 | 31 | 0.33 | 1.00 |

**表3. Al2O3颗粒的机械性能**
| 出密度 (g/cc) | 熔点 (°C) | 杨氏模量 (GPa) | 热导率 (W/m·K) | 热膨胀系数 (10^-6/oC) | 泊松比 |
|----------------|-----------|-----------|------------|--------------|------------| |

**2.2. 铸造工艺**
采用石墨坩埚炉制备复合材料浆料。将AA2219合金熔化，并加入预热的氧化铝陶瓷颗粒。炉子配有底部浇口、最高工作温度1100°C、温度控制精度10°C以及垂直炉膛设计，电源电压440 V、频率50 Hz、功率5 kW。为准确记录熔融金属温度，在坩埚内插入K型热电偶；同时安装了由Inconel棒和叶片组成的搅拌装置，搅拌速度控制在400 rpm（持续10分钟）。通过搅拌铸造确保氧化铝颗粒在铝基体中均匀分布。首先将AA2219材料加热至680°C，然后从炉顶注入氧化铝颗粒[32]。整个搅拌过程持续10分钟（见图2），以确保氧化铝颗粒在AA2219中的完全混合和分散。

**2.3. 复合材料测试**
使用对流式车床按照ASTM标准制备测试样品。微观结构样品的制备遵循ASTM E-407标准（见图3a）。通过光学显微镜（OM）、扫描电子能谱（EDS）和扫描电子显微镜（SEM）对样品进行分析。将铸态AA2219/Al2219复合材料制成所需尺寸的试样，并使用布氏硬度计进行硬度测试（见图3b）。圆截面、直径9 mm、长度45 mm的试样经过加工，以满足ASTM E8标准（见图3c）。图3c显示了断裂后的抗拉试样。本研究使用针盘装置研究了MMCs和基体合金的磨损特性；图3d展示了热样品。为获得更优的表面光洁度，将复合试样加工成8 mm × 30 mm的尺寸（类似针状）。样品表面随后使用不同等级的砂纸进行抛光，例如600、800和1000 [34]、[35]、[36]。冲击测试样品按照ASTM E23标准制备，如图3e所示为测试前状态，图3f显示了测试后的情况。热导率是通过比较切割棒技术（ASTM E1225）测定的，样品尺寸为50毫米长和8毫米直径。热膨胀系数（CTE）是通过推杆膨胀计技术（ASTM E228）测定的，样品尺寸同样为50毫米×8毫米直径。表4展示了复合样品的详细信息及其尺寸。表4. AA 2219和复合材料的测试细节。序号 测试项目 ASTM标准 样品尺寸 设备1. 微观结构 E-407 直径10毫米，长度10毫米 光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线光谱（EDS）2. 抗拉强度 E-89 厚度10毫米，长度45毫米 万能试验机（UTM）3. 硬度 E-407 直径10毫米，长度10毫米 布氏硬度测试（BHN）4. 冲击强度 E-23 厚度10毫米，宽度15毫米，长度60毫米 夏比冲击试验机5. 热导率 E-1225 直径8毫米，长度50毫米 比较切割棒技术6. 热膨胀系数 E-228 长度50毫米，直径8毫米 推杆膨胀计技术

3. 结果与讨论
3.1. 微观结构研究
通过对AA2219合金进行光学和SEM观察，揭示了其晶粒结构和沉淀物，如图4所示。图4a显示了粗大且相互连接的晶粒，具有明显的晶界和裂纹，蚀刻后可见枝晶结构及潜在的孔隙。刻度尺表示100微米的视野宽度，突出了宏观尺度的异质性。图4b展示了更高分辨率的均匀基体、等轴晶粒以及第二相颗粒（如CuAl2），表明经过后处理后具有精细的微观结构。通过10毫米的视野宽度和5千伏的加速电压，可以清晰地观察无电荷伪影的详细表面形态。下载：高分辨率图片（247KB）下载：全尺寸图片
图4. a) AA2219合金的光学分析；b) SEM分析。
图5a的光学图像显示了一个α-Al基体，晶界清晰可见。暗色斑块代表均匀分布的Al?O?增强颗粒。由于陶瓷颗粒的存在，晶粒得到了细化。图5b的SEM图像证实了Al?O?在AA2219基体中分布良好，颗粒与基体的结合紧密，几乎没有聚集现象，晶界网络清晰可见。图6a的光学图像显示了一个更加细化的α-Al基体，晶界更为明显。暗色区域表明Al?O?颗粒浓度较高且分布更均匀。图6b的SEM图像显示了由于增强作用而形成的致密晶界网络，Al?O?颗粒在基体中嵌入牢固，几乎没有聚集现象。整体微观结构的致密性表明界面结合良好。下载：高分辨率图片（272KB）下载：全尺寸图片
图5. a) AA2219合金的光学分析；b) SEM分析；添加3% Al?O?后的结果。
图7a的光学图像显示了一个高度细化的α-Al基体，其中Al?O?颗粒分布密集且均匀。图7b的SEM分析证实了颗粒的大量增强以及颗粒对晶界的固定效果，使得晶界不那么明显。整个微观结构致密，Al?O?颗粒在基体中嵌入良好。
图8a的光学图像显示了一个含有9% Al?O?的AA2219合金，其中Al?O?颗粒分布密集且均匀。图8b的SEM图像显示了由于增强作用，晶界更加明显，但颗粒聚集减少，整个微观结构更为致密。由于高含量Al?O?的增强作用，晶界网络密集。图8b中的Al?O?颗粒在基体中嵌入牢固，几乎没有聚集现象。
AA2219-Al?O?金属基体复合材料通过多种互补机制得到增强。Orowan增强效应发生在细小的Al?O?颗粒阻碍位错运动时，从而提高强度。当Al?O?颗粒在凝固过程中作为成核位点时，会发生晶粒细化（Hall-Petch效应），降低晶粒尺寸并提高硬度和抗拉强度。热失配增强效应发生在AA2219与Al?O?的热膨胀系数不匹配时，冷却后会产生几何上必需的位错，从而提高强度 [10]、[13]、[25]。
3.2. EDS分析
图9a显示Al是主要成分（约84wt%），Cu含量较高（约11.4wt%），Fe约为2.2wt%，Si和Mn含量微量。断裂面上的高Cu含量表明存在富Cu的金属间化合物（可能是位于晶界的脆性金属间化合物）；Fe作为微小夹杂物；氧含量较低（0.8wt%），表明表面氧化物较少。图9b的EDS结果显示Al为主要成分（84.42wt%），氧含量（3.26wt%）表明存在Al?O?。Cu含量适中（9.24wt%），支持金属间化合物增强效应。Si（0.57wt%）、Fe（1.73wt%）和Mn（0.77wt%）含量微量。这种组合表明微观结构具有良好的结合性，硬度提高，同时保持了延展性。图9c的EDS确认Al含量为81.22wt%，氧含量为1.13wt%，与Al?O?的存在一致。Cu含量显著增加到13.15wt%，表明形成了AlCu金属间化合物。Fe（2.52wt%）和Mn（1.08wt%）含量也较高，表明存在更复杂的金属间化合物。总体而言，该样品表现出更高的硬度和增强效果，尽管与添加3% Al?O?的情况相比韧性有所降低。图9d的EDS分析显示Al含量为78wt%，氧含量较高（7.86wt%），与增加了的Al?O?增强效应一致。Cu含量为10.76wt%，Fe（1.98wt%）和Mn（0.69wt%）也有贡献。Si含量较低（0.72wt%）。较高的氧含量表明存在大量的氧化物增强作用，虽然提高了强度，但也增加了材料的脆性。下载：高分辨率图片（584KB）下载：全尺寸图片
图10显示了复合材料的元素组成分析结果：Al、O、Si、Cu、Fe、Mn。
表6. 含Al2O3的AA2219合金的EDS分析。
图11显示了含有不同百分比Al?O3的复合材料的EDS分析结果。
3.3. 抗拉强度
从抗拉强度来看，尺寸为80–100微米、重量占比为3–12%的Al?O?增强颗粒显著增强了AA2219合金基体。根据抗拉测试，这些增强颗粒显著提高了合金的强度。含有3–12% Al?O?增强剂的复合样品的极限抗拉强度、屈服强度、最终标距长度、伸长率百分比、实际面积和最大拉力在表7中总结。图11展示了这些结果，表明添加最多9% Al?O?增强剂后可改善AA2219复合材料的机械性能。然而，当Al?O?增强剂含量增加到9%以上时，抗拉强度反而降低。具体来说，含有9% Al?O?的复合材料的抗拉强度为150.55 MPa，而含有12% Al?O?的复合材料的抗拉强度仅为117.85 MPa。这是因为在吸能的塑性铝基体中，紧密排列的Al?O?增强颗粒起到了加强作用。这类似于通过应变来硬化塑性材料的方式。通过增强表面之间的连接，Al?O?颗粒的添加使材料硬化并提高了复合材料的抗拉强度。但是，如果Al?O?颗粒过多，复合材料可能会变得脆性。图12a显示，含有9% Al?O?的复合材料的最大拉力为19.12 kN，高于基础AA2219材料。图12b展示了复合试样的实际断裂面积。图12c表明，在含有9% Al?O?的复合材料中，其延展性使其具有最大的最终标距长度。图13展示了AA2219及其复合材料的应力-应变曲线，其中9% Al?O3复合材料的弹性性能得到了提升。
表7. 抗拉测试结果。
图12显示了复合材料的抗拉强度结果。
图13由于从塑性基体到硬质Al?O?颗粒的有效载荷传递，以及晶粒细化和位错强化机制，AA2219/Al2O3复合材料的抗拉强度随着Al?O?增强剂含量的增加而提高[11]、[21]。在这一理想水平下，颗粒的均匀分布提供了强有力的界面结合和有效的应力分布[30]。然而，由于颗粒聚集、孔隙率增加以及润湿性差，导致基体-颗粒界面减弱并产生应力集中，抗拉强度会随着增强剂含量的增加而下降（例如12%[12]、[14]。此外，高浓度的陶瓷颗粒会抑制塑性变形，降低有效承载能力，从而引发早期裂纹并降低总抗拉强度[25]。因此，增强与缺陷产生的理想比例是9%。
利用基于混合规律的理论密度技术和基于阿基米德原理的实验密度测量方法，可以进行定量孔隙率分析。通过测量密度与理论密度之间的差异来计算孔隙率百分比。适当的增强（最多约9% Al?O3）通常会降低孔隙率，但更高的增强剂量（例如12% Al?O3）由于颗粒聚集和熔体流动性差而导致孔隙率增加，如图14所示。孔隙率的增加会对抗拉强度和延展性产生负面影响，因为它成为裂纹发生的位置。因此，微观结构与机械性能之间的相关性通过定量孔隙率分析得到了很好的支持，如图14所示。
图14. 复合材料的密度和孔隙率分析。
3.4. 抗拉断裂表面分析
断裂表面表现出混合模式的破坏特征，既有塑性凹痕也有脆性解理面。图15a的基体变形均匀，金属间化合物在晶界处作为裂纹起点。图15b的SEM观察显示断裂表面相对光滑，有少量凹痕形成，表明在此增强水平下塑性断裂仍然明显。Al?O?颗粒的分布较为均匀，几乎没有拔出现象，表明在低载荷下基体与增强剂之间的界面结合较强。图15c的断裂表面比3%增强剂的情况更粗糙，颗粒拔出现象更明显，Al?O?颗粒周围的微裂纹更加明显。虽然仍有塑性凹痕，但总体上塑性断裂成为主导模式。图15d的SEM图像在500倍放大下显示出明显的颗粒聚集和更多的拔出现象，以及较大的脆性解理区域。这表明塑性断裂是主要机制。图15e显示了一种主要是脆性的断裂，伴随着广泛的增强体-基体脱粘现象。在这种增强水平下，颗粒聚类更为严重，断裂表面呈现出平坦的、类似解理的特征。塑性变形极小，裂纹容易沿着富颗粒区域传播。
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图15. 扫描电子显微镜（SEM）观察到的断裂表面；a) AA2219，b) AA+3%Al2O3，c) AA+6%Al2O3，d) AA+9%Al2O3，e) AA+12%Al2O3。
3.5. 微硬度
图16表明，复合材料的硬度随着增强体含量的不同而变化。有趣的是，这些复合材料的硬度始终优于基体合金。AA2219 + 12 wt% Al2O3复合材料的显微维氏硬度测试结果显示，随着增强体含量的增加，硬度也相应提高，这凸显了陶瓷颗粒对复合材料强度的影响。在基体合金中添加Al2O3陶瓷颗粒可以阻止位错运动，从而提高材料的硬度。
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图16. 复合材料的硬度。
3.6. 冲击强度
如图17所示，随着Al2O3重量百分比从3%增加到12%，冲击强度逐渐降低。坚硬的陶瓷颗粒作为应力集中区，促进了冲击加载过程中的断裂起始。基体中颗粒数量的增加限制了塑性变形。当Al2O3重量百分比达到12%时，复合材料表现出脆性断裂行为，且能量吸收能力受限。
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图17. 复合材料的冲击强度。
3.7. 热分析
使用黄铜材料作为参考，测量了复合材料两侧在中间温度T1、T2、T3和T4下的热导率。参考样品的长度（黄铜）用Lr表示（单位mm），复合材料样品的长度用Ls表示（单位mm），参考样品的热导率用Kr表示（单位W/m·°C）。如图18所示，随着氧化铝（Al2O3）重量百分比的增加，AA2219及其复合材料的热导率降低。AA2219的热导率通常在115到120 W/m·°C之间变化，具体取决于其合金成分和状态。复合材料的热导率还受到氧化铝颗粒在基体中的分布以及体积分数的影响。
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图18. 复合材料的热梯度。
基于AA2219的铝合金通常旨在平衡机械强度与热性能。随着复合材料热导率的降低（从3%增加到12%（分别为112.8398 W/m·°C和88.876 W/m·°C），复合材料的热传导能力和温度及热流速度都会受到影响。在AA2219基体中加入3%至12%的氧化铝后，硬度提高，但导致材料从塑性转向脆性。这种电子散射作用影响了整体的热导率。合金元素的现有状态显著影响热性能；固溶态中的元素比沉淀态中的元素更能降低热导率。在12%氧化铝含量时，获得了最低的热导率（88.876 W/m·°C）。表8、表9、表10、表11和表12显示了未增强AA2219及其复合材料的热梯度。图19至图24展示了微粒对未增强基体及其复合材料热导率的影响。
表8. AA2219的热导率。
表9. AA2219 + 3 wt% Al2O3的热导率。
表10. AA2219 + 6 wt% Al2O3的热导率。
表11. AA2219 + 9 wt% Al2O3的热导率。
表12. AA2219 + 12 wt% Al2O3的热导率。
图19. 温度对AA2219性能的影响。
图20. 温度对AA2219 + 3 wt% Al2O3性能的影响。
图21. 温度对AA2219 + 6 wt% Al2O3性能的影响。
图22. 温度对AA2219 + 9 wt% Al2O3性能的影响。
图23. 温度对AA2219 + 12 wt% Al2O3性能的影响。
图24. 复合材料的热导率与温度的关系。
基于AA2219的铝合金通常经过设计以平衡机械强度与热性能。随着复合材料热导率的降低（从3%增加到12%（分别为112.8398 W/m·°C和88.876 W/m·°C），材料的温度和热流速度也相应减少。与未增强的AA2219基体（120.6893 W/m·°C）相比，这种变化更为明显。由于氧化铝的引入，复合材料的硬度增加，刚性也随之提高，但随之而来的相变使得材料从韧性变为脆性，从而降低了整体热导率。合金元素的的状态对热性能有显著影响；固溶态中的元素比沉淀态中的元素对热导率的降低作用更明显。
表8、表9、表10、表11和表12列出了未增强AA2219及其复合材料的热梯度。图19至图24进一步展示了微粒对复合材料热导率的影响。
表13. AA2219的热导率。
表14. AA2219 + 3 wt% Al2O3的热导率。
表15. AA2219 + 6 wt% Al2O3的热导率。
表16. AA2219 + 9 wt% Al2O3的热导率。
表17. AA2219 + 12 wt% Al2O3的热导率。
图19. 温度对AA2219性能的影响。
图20. 温度对AA2219 + 3 wt% Al2O3性能的影响。
图21. 温度对AA2219 + 6 wt% Al2O3性能的影响。
图22. 温度对AA2219 + 9 wt% Al2O3性能的影响。
图23. 温度对AA2219 + 12 wt% Al2O3性能的影响。
图24. 复合材料的热导率与温度的关系。
图25. 实验数据显示，随着温度从100°C升高到500°C以及氧化铝含量从3%增加到12%，复合材料的CTE（热膨胀系数）显著降低。图25至图28进一步说明了这一现象。
表13、表14、表15和表16显示，与未增强的AA2219基体相比，温度和ΔL（变化量）的增加导致CTE进一步减小。
表15. AA2219 + 3 wt% Al2O3的热导率。
表16. AA2219 + 6 wt% Al2O3的热导率。
表17. AA2219 + 9 wt% Al2O3的热导率。
表18. AA2219 + 12 wt% Al2O3的热导率。
结论：
• 采用搅拌铸造技术成功制备了基于航空航天级AA2219的铝合金，并添加了3%至12%重量百分比的氧化铝（Al2O3）。
• 通过光学显微镜和扫描电子显微镜（SEM）的微观结构分析发现，含氧化铝的AA2219复合材料中形成了树枝状结构，同时陶瓷颗粒在基体中均匀分散，这得益于铸造过程中150至300 rpm的搅拌速度所产生的涡流效应。
• 与未增强的AA2219基体相比，添加9%氧化铝后，其拉伸强度提高了50.8%，硬度提高了44.2%，延伸率提高了36.18%，屈服强度提高了21.08%，最大拉伸力提高了58.14%。
• SEM和能量色散光谱（EDS）分析了AA2219基体中的Al、Cu和Al2O3元素分布。未增强的AA2219基体在断裂时表现出微小孔隙、微裂纹、粗糙表面和裂纹起始。
• 随着氧化铝含量从3%增加到12%，复合材料的导热率降低了35.29%，低温也有类似效果。
• 氧化铝含量的增加（3%至12%）及其对温度（100至500°C）的影响使得复合材料的CTE降低了26.15%。此外，样品的拉伸性能也随着温度的升高而降低。