材料科學(xué)家對(duì)原位鋁基復(fù)合材料的力學(xué)性能的研究和原位拉伸結(jié)果表明，復(fù)合材料的室溫強(qiáng)度性能隨著內(nèi)生增強(qiáng)體顆粒體積分?jǐn)?shù)的增加而顯著上升。原位拉伸試驗(yàn)指出，復(fù)合材料中裂紋的擴(kuò)展是有選擇性的，曲于增強(qiáng)顆粒的分布很不均勻，當(dāng)主裂紋擴(kuò)展前端碰到顆粒密集群時(shí)，擴(kuò)展方向就會(huì)偏轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向顆粒貧乏區(qū)，繞過(guò)顆粒密集區(qū)，沿著顆粒密集區(qū)與貧乏區(qū)之間的界面向前擴(kuò)展延伸。(A13Zr＋A12O3)/A356復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)制有：奧羅萬(wàn)(Orowan)強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、固熔強(qiáng)化和位錯(cuò)強(qiáng)化，但奧羅萬(wàn)強(qiáng)化、晶粒細(xì)化（grain）強(qiáng)化、固溶（solution）強(qiáng)化與位錯(cuò)(dislocation)強(qiáng)化是主要的，它們對(duì)復(fù)合材料屈服強(qiáng)度的影晌可用下列線性關(guān)系式表示：
б復(fù)＝бo＋бg＋бs＋бd
●奧羅萬(wàn)強(qiáng)化
奧羅萬(wàn)強(qiáng)化是位錯(cuò)通過(guò)距離很近的細(xì)小硬顆粒時(shí)受到粒子的阻礙而產(chǎn)生的強(qiáng)化作用。在內(nèi)生A13Zr和A12O3顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料中，由于粒子細(xì)小，顆粒體積分?jǐn)?shù)高，大部分分布于晶界，由奧羅萬(wàn)位錯(cuò)阻礙理論可知:粒子距間越小，則位錯(cuò)線繞過(guò)顆粒的曲率越大，因而位錯(cuò)移動(dòng)阻力上升，使材料強(qiáng)度增大。
對(duì)(A13Zr＋A12O3)／A356復(fù)合材料來(lái)說(shuō)，A356合金(質(zhì)量 %：Si6.5～7.5、 Fe0.6、Cu0.25、MnO.35、Mg0.20～0.40、Zn0.35、Ti0.25、其它總計(jì)0.15，其余A1)是一種時(shí)效強(qiáng)化型合金。因此，必須考慮增強(qiáng)A13Zr和A12O3顆粒對(duì)A356合金析出相Mg2Si的分布和大小的影響。在脈沖磁場(chǎng)中合成的(A13Zr＋A12O3)／A356復(fù)合材料中，基體內(nèi)位錯(cuò)密集，呈網(wǎng)狀分布，且與時(shí)效析出相Mg2Si連接。這是由于原位內(nèi)生增強(qiáng)顆粒的引入使基體位錯(cuò)密度大幅上升，而位錯(cuò)又促使時(shí)效析出相的產(chǎn)生，并使析出相細(xì)小，分布彌散。因此，復(fù)合材料中增強(qiáng)體顆粒對(duì)析出相的強(qiáng)化大有裨益。
●細(xì)晶強(qiáng)化
基體晶粒結(jié)構(gòu)對(duì)鑄態(tài)金屬基復(fù)合材料的力學(xué)性能和物理性能有很大影響。當(dāng)晶粒內(nèi)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到晶界附近時(shí)，由于受到晶界阻礙，會(huì)塞積起來(lái)，若要繼續(xù)變形，必須加大外力，而且晶粒越細(xì)，晶界占的比例也越大，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙也越多。此外，由于相鄰晶粒存在位相差，各晶粒的滑移傾向也不同，當(dāng)某個(gè)晶粒發(fā)生塑性變形時(shí)，會(huì)受鄰近晶粒的牽阻與阻礙，必須以彈性變形相互協(xié)調(diào)，這種彈性變形便成為繼續(xù)塑性變形阻力，促使多晶體塑性變形抗力上升，此外，晶界雜質(zhì)原子較多，也不利于塑性變形，加強(qiáng)了上述影晌。晶粒細(xì)化還能提高金屬的塑性與韌性，因?yàn)榫ЯＴ郊?xì)，一定體積內(nèi)就有更多的晶粒，同樣的變形量承擔(dān)的晶粒多，變形就更均勻，不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中，因而能產(chǎn)生更大的變形而不斷裂，表現(xiàn)出良好的塑性。再者，細(xì)晶粒晶界曲曲彎彎，不利于裂紋傳播與擴(kuò)展，裂紋穿越晶界需要消耗更多的能量，故韌性提高。
鋁基復(fù)合材料基體晶粒細(xì)化機(jī)制有兩種：增強(qiáng)體表面的非均質(zhì)形核，增強(qiáng)體與基體合金之間的熱交換。由于增強(qiáng)相是從熔體內(nèi)部通過(guò)化學(xué)反應(yīng)形成的，A13Zr和A12O3可分別作為а-Al相和Si相的非均質(zhì)形核基底，從而產(chǎn)生細(xì)化作用。由于在脈沖磁場(chǎng)作用下內(nèi)生A13Zr和A12O3顆粒的生成，使基體а樹(shù)技狀晶化為細(xì)小等軸晶，共晶體由長(zhǎng)針狀變成短棒狀或顆粒狀。因此，原位(A13Zr＋A12O3)／A356復(fù)合材料的細(xì)晶強(qiáng)化機(jī)制為基體在增強(qiáng)體表面的非均質(zhì)形核機(jī)制。
●固溶強(qiáng)化
外來(lái)原子固溶于基體中后，一方面能阻礙錯(cuò)位運(yùn)動(dòng)，另方面由于外來(lái)原子與基體金屬原子直徑不同，會(huì)使晶格畸變，產(chǎn)生應(yīng)變場(chǎng)，且會(huì)與位錯(cuò)發(fā)生交互作用。溶質(zhì)原子作為位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙，提升塑性抗力，這是兩方面的原因造成的：一是溶質(zhì)原子引起晶格畸變，增加位錯(cuò)密度，溶質(zhì)原子造成的晶格畸變程度和溶解度因溶質(zhì)原子與溶劑原子的差異及溶解的不同而不同，溶質(zhì)原子溶的越多，晶格就畸變得越嚴(yán)重，強(qiáng)化效果就越大；另一方面，溶質(zhì)原子與位錯(cuò)的交互詐用，使位錯(cuò)處于穩(wěn)定狀態(tài)，溶質(zhì)原子大都趨向于分布在位錯(cuò)周?chē)?duì)于置換固溶體，比溶劑原子小的溶質(zhì)原子往往擴(kuò)散到刃形位錯(cuò)下方的受拉部位，形成“柯氏（Cottaell）氣團(tuán)”。該氣體的形成，位錯(cuò)能量下降，處于穩(wěn)定狀態(tài)，對(duì)位錯(cuò)起了束縛作用。位錯(cuò)為擺脫柯氏氣團(tuán)的束縛而奮力移動(dòng)，因此必須施加更大的外力，也就是說(shuō)金屬的變形抗力上升了。
●位錯(cuò)強(qiáng)化
金屬中的位錯(cuò)密度總是隨粒子尺寸減小而上升，隨著粒子體積分?jǐn)?shù)的增加，位錯(cuò)密度增加，強(qiáng)度上升。在（A13Zr＋A12O3）／A356復(fù)合材料中，由于顆粒增強(qiáng)體尺寸小，體積分?jǐn)?shù)高，增強(qiáng)體A13Zr和A12O3的熱脹系數(shù)與基體A356合金的又存在差異，會(huì)在顆粒周?chē)l(fā)大量的附加位錯(cuò)，因而復(fù)合材料的位錯(cuò)密度大大上升，從而提高了復(fù)合材料的強(qiáng)度。
金屬晶體中總是有位錯(cuò)的。晶體的完整性和理論強(qiáng)度計(jì)算都表明，消除位錯(cuò)才能提高強(qiáng)度，可是與之相反，金屬晶體缺陷理論則認(rèn)為，增加位錯(cuò)密度也可以有效地提高強(qiáng)度。在顆粒增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料中，增強(qiáng)體與基體的熱脹系數(shù)相差甚大，從而引發(fā)巨大的熱應(yīng)力，造成塑性變形，使復(fù)合材料中的位錯(cuò)密度上升。
科學(xué)家的計(jì)算表明，原位鋁基復(fù)合材料的四種強(qiáng)化機(jī)制對(duì)強(qiáng)度貢獻(xiàn)各不相同，位錯(cuò)對(duì)強(qiáng)化貢獻(xiàn)最大，固溶對(duì)強(qiáng)化的貢獻(xiàn)最小。各種強(qiáng)化機(jī)制對(duì)此種復(fù)化材料強(qiáng)度的提高為：бo＝21.26MPa，бg=18.45MPa，бd=24.85MPa，бs=16MPa，總計(jì)б復(fù)＝80.56MPa。
