本文關(guān)鍵詞：Ti顆粒與SiC_p協(xié)同增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料組織性能與強(qiáng)化機(jī)理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《華南理工大學(xué)》 2015年

Ti顆粒與SiC_p協(xié)同增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料組織性能與強(qiáng)化機(jī)理研究

劉一雄  

【摘要】：復(fù)合材料因具有可設(shè)計(jì)性的特點(diǎn),而備受科研工作者的關(guān)注。鋁基復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、高比模量以及耐磨損等優(yōu)異綜合性能。提高高性能顆粒增強(qiáng)體含量能夠獲得高強(qiáng)度與耐磨的高性能鋁基復(fù)合材料。但隨著增強(qiáng)體含量的些微增大,鋁基復(fù)合材料的強(qiáng)度和塑/韌性存在著相互倒置關(guān)系。本論文的研究目標(biāo)是通過鑄造途徑在復(fù)合材料中形成一定數(shù)量、一定尺寸、均勻分布的韌性金屬區(qū)域,制備得到一種金屬-陶瓷混雜增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料,在強(qiáng)度提高的同時(shí),有效改善材料塑/韌性,保留其耐磨損性能。首先,本文對(duì)擠壓鑄造技術(shù)制備得到的不同基體(2024Al與7075Al)、不同增強(qiáng)體(Ti B2、Si C和Ti)或增強(qiáng)體組合鋁基復(fù)合材料進(jìn)行了性能對(duì)比分析,篩選出拉伸性能優(yōu)異的增強(qiáng)體與基體組合。結(jié)果表明,Ti金屬顆粒與Si Cp協(xié)同增強(qiáng)7075Al復(fù)合材料能獲得更好的拉伸性能。Ti金屬顆粒在提高復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度的同時(shí),改善了材料的損傷容限,得到強(qiáng)度和塑性均有所提高的新材料。其次,研究了Ti金屬顆粒對(duì)復(fù)合材料時(shí)效行為的影響。復(fù)合材料中Ti金屬顆粒的存在減少了基體中的熱錯(cuò)配位錯(cuò)密度,降低了基體中GP區(qū)和析出相的形核率;同時(shí)也導(dǎo)致了析出相長大激活能的降低。溶質(zhì)Mg原子在Ti金屬顆粒與基體間界面的偏聚降低了基體中Mg原子濃度,而熱錯(cuò)配位錯(cuò)形成的擴(kuò)散通道則加劇了這一現(xiàn)象,使復(fù)合材料在不同時(shí)效溫度區(qū)間下表現(xiàn)出不同的時(shí)效溫度敏感度。盡管Ti金屬顆粒降低了析出相長大激活能,但析出溫度的提高和溶質(zhì)原子濃度的降低都遲滯了時(shí)效峰值的出現(xiàn)。此外,峰時(shí)效熱處理后復(fù)合材料的強(qiáng)度與塑性進(jìn)一步得到提高。Mg-Ti擴(kuò)散層和界面Ti Al3金屬間化合物反應(yīng)層的形成,強(qiáng)化了Ti金屬顆粒與基體間結(jié)合,增強(qiáng)了Ti金屬顆粒的強(qiáng)化效果,進(jìn)一步提高了復(fù)合材料的塑性。再次,研究了Ti金屬顆粒對(duì)復(fù)合材料斷裂行為的影響及其強(qiáng)化機(jī)理。復(fù)合材料的損傷演變過程受到增強(qiáng)體顆粒尺寸和性能的影響。相比于小尺寸的Si C顆粒,大尺寸Si C顆粒在變形過程中更容易破裂。Si C顆粒的破裂導(dǎo)致增強(qiáng)體總承載能力的下降,降低了復(fù)合材料的強(qiáng)度。同時(shí),變形過程中大尺寸Si C顆粒的優(yōu)先破裂加速了裂紋的擴(kuò)展,降低了復(fù)合材料的塑性。而Ti金屬顆粒在復(fù)合材料中形成了以Ti金屬顆粒為核心,包裹有低密度位錯(cuò)基體的微區(qū),這些微區(qū)在變形過程中不僅有效地釋放應(yīng)力、協(xié)同變形,減少Si C顆粒的破裂,提高了基體合金的變形能力,從而導(dǎo)致復(fù)合材料強(qiáng)度與塑性的提高;同時(shí)也阻礙了裂紋的擴(kuò)展,極大地提高了材料的損傷容限。研究結(jié)果有助于深入理解金屬-陶瓷協(xié)同增強(qiáng)復(fù)合材料的斷裂行為及其結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系,對(duì)復(fù)合材料的組織性能優(yōu)化與設(shè)計(jì)具有非常重要的意義。最后,研究了Ti金屬顆粒對(duì)復(fù)合材料摩擦磨損行為的影響。復(fù)合材料表現(xiàn)出疲勞磨損與磨粒磨損相結(jié)合的特征。Ti金屬顆粒產(chǎn)生的協(xié)同變形和應(yīng)力釋放效應(yīng),使得磨損過程中Si C顆粒的破裂變得更為困難,降低了復(fù)合材料的摩擦系數(shù);同時(shí)也有效地阻礙了疲勞裂紋的形成與擴(kuò)展,提高了復(fù)合材料在低載荷下的耐磨損性能。載荷提高后,Ti金屬顆粒、Si C顆粒以及基體對(duì)載荷不同程度的應(yīng)變響應(yīng)導(dǎo)致增強(qiáng)體與基體間界面的應(yīng)力急劇增大,磨損表面應(yīng)力影響區(qū)中的Si C顆粒的破裂加劇,使得裂紋在Ti金屬顆粒與復(fù)合材料間的擴(kuò)展變得更為容易,降低復(fù)合材料耐磨損性能。研究表明,金屬-陶瓷協(xié)同增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)獨(dú)特,并由此衍生出一系列獨(dú)特性能,表現(xiàn)出輕質(zhì)、高強(qiáng)、塑性以及耐磨等優(yōu)異的綜合性能。這種多元/多尺度的微結(jié)構(gòu)韌化復(fù)合工藝是具有前瞻性的,對(duì)促進(jìn)金屬基復(fù)合材料的迅速發(fā)展具有非常重要的意義。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB333
【目錄】：

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6 劉江;攪拌反應(yīng)合成Al-Fe金屬間化合物強(qiáng)化鋁基復(fù)合材料[D];重慶大學(xué);2003年

7 范國華;添加BaPbO_3顆粒的鋁基復(fù)合材料的組織性能與高溫變形研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

8 楊旭東;均勻分散的碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備與性能[D];天津大學(xué);2012年

9 聶存珠;B_4C顆粒增強(qiáng)Al基復(fù)合材料的制備及焊接性研究[D];上海交通大學(xué);2008年

10 寇生中;XD反應(yīng)合成Al_2O_（3p）-TiC_p/Al復(fù)合材料的熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)過程的研究[D];蘭州理工大學(xué);2005年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李艷鵬;氬弧熔化制備TiC_P/Al復(fù)合材料中TiC的形成過程及影響因素研究[D];鄭州大學(xué);2015年

2 李建新;網(wǎng)狀(CNTs+SiCw)/2024Al基復(fù)合材料的制備與性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

3 高振增;激光沉積制備WC_p/Al復(fù)合材料微觀組織及增強(qiáng)相調(diào)控研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

4 聶希;納米SiC_p增強(qiáng)7075鋁基復(fù)合材料半固態(tài)觸變成形研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

5 方頌;網(wǎng)狀(Al_3Zr+Al_2O_(3np))/6061復(fù)合材料制備及力學(xué)性能[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

6 王兆松;鋁基復(fù)合材料表面多層膜的研究[D];大連理工大學(xué);2010年

7 丁宇濤;金屬間化合物強(qiáng)化鋁基復(fù)合材料的研究[D];重慶大學(xué);2006年

8 金方杰;鋁基復(fù)合材料的高溫流變行為及加工圖研究[D];上海交通大學(xué);2008年

9 特日昆;鑄造鋁基復(fù)合材料熱擠壓行為的研究[D];上海交通大學(xué);2012年

10 童俊梅;三維鎳網(wǎng)增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料摩擦磨損性能研究[D];南昌航空大學(xué);2012年

  本文關(guān)鍵詞：Ti顆粒與SiC_p協(xié)同增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料組織性能與強(qiáng)化機(jī)理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：112476