Evaluation of mechanical and tribological properties of heat-treated Al–Zn alloy based boron carbide reinforced composites

Mechanical and tribological properties of heat-treated Al7075 composites reinforced with 0, 2, 4, 6 and 8 wt% boron carbide (B₄C) were investigated. Although Al7075/B₄C composites are widely studied, correlations between mechanical performance, tribological behaviour and SEM–EDS fracture/wear mechanisms across a wide reinforcement range in the solution-treated, quenched condition remain lacking. Composites were fabricated by liquid stir casting, with B₄C preheated (300 °C, 2 h) and added to the melt at 750±10 °C under stirring (300–400 rpm), then solution-treated (500 °C, 2 h) and water quenched. Tensile (ASTM E8), compression (ASTM E9) and dry-sliding wear (ASTM G99) tests were performed; fracture and worn surfaces were examined by SEM–EDS. Increasing B₄C from 0 to 8 wt% raised tensile strength from 203 to 280 MPa, yield strength from 130 to 195 MPa and compressive modulus from ≈70–79 GPa, while elongation fell from 7.5% to 2.5%. The 8 wt% composite showed the highest strength and stiffness and the lowest wear rate and friction. SEM–EDS confirmed uniform particle distribution, a ductile-to-brittle fracture transition, and mixed abrasive–adhesive wear forming a tribo-oxidative layer, with oxygen rising from ≈1.15 to 21.25 wt%.On a étudié les propriétés mécaniques et tribologiques de composites Al7075 traités thermiquement et renforcés par 0, 2, 4, 6 et 8% en poids de carbure de bore (B4C). Bien que les composites Al7075/B4C soient largement étudiés, les corrélations entre les performances mécaniques, le comportement tribologique et les mécanismes de rupture/usure par MEB/EDS sur une large gamme de renforcement, à l’état de mise en solution et de trempe, manquent encore. On a fabriqué les composites par coulée sous agitation liquide, le B4C étant préchauffé (300°C, 2 h) puis ajouté au bain fondu à 750 ±10 °C sous agitation (300-400 tr/min). On les a ensuite mis en solution (500°C, 2 h) puis trempés à l’eau. On a réalisé des essais de traction (ASTM E8), de compression (ASTM E9) et d’usure par glissement à sec (ASTM G99); on a examiné les surfaces de rupture et d’usure par MEB-EDS. L’augmentation de la teneur en B4C de 0 à 8% en poids a fait passer la résistance à la traction de 203 à 280 MPa, la limite d’élasticité de 130 à 195 MPa et le module de compression d’environ 70 à 79 GPa, tandis que l’allongement est tombé de 7.5% à 2.5%. Le composite à 8% en poids a présenté la résistance et la rigidité les plus élevées, ainsi que les taux d’usure et de frottement les plus faibles. L’analyse MEB-EDS a confirmé une distribution uniforme des particules, une transition de rupture ductile à fragile et une usure abrasive-adhésive mixte formant une couche tribo-oxydative, la teneur en oxygène passant d’environ 1.15 à 21.25% en poids.