傳統(tǒng)的鋁基復(fù)合材料因增強(qiáng)體的引入而具有高強(qiáng)度、高彈性模量、高耐磨性能等特性因而在航空航天及汽車制造領(lǐng)域有著較多應(yīng)用。但低延展性和易瞬斷性嚴(yán)重限制了其應(yīng)用范圍。因此有必要開發(fā)出一種兼具鋁基復(fù)合材料高強(qiáng)度和鋁合金良好塑性的復(fù)合板材來進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用潛力。本文以鋁及鋁基復(fù)合材料為原材料熱軋制備了1060/Al-TiC/1060和1060/Al-SiC/1060復(fù)合板,研究了復(fù)合材料的界面結(jié)合性、增強(qiáng)體含量對(duì)復(fù)合材料組織與性能的影響、針對(duì)增強(qiáng)體含量和工藝參數(shù)對(duì)復(fù)合板的組織與力學(xué)性能的影響進(jìn)行了深入研究。Al-TiCp復(fù)合材料中的Al與TiC具有一定晶體學(xué)取向關(guān)系:其中TiC（111）晶面平行于Al（121）晶面,Al（^-311）晶面平行于TiC（101）晶面,Al（^-11^-1）晶面平行于TiC（110）晶面。經(jīng)過第一性原理計(jì)算后發(fā)現(xiàn)若Al與TiC中的C原子以共價(jià)鍵和離子鍵的形式結(jié)合時(shí),界面結(jié)合功較高,界面結(jié)合強(qiáng)度較好。而Al與TiC中的Ti原子以金屬鍵形式結(jié)合時(shí),界面結(jié)合功較低,界面結(jié)合強(qiáng)度較差。復(fù)合材料中的鋁基體形貌為典型的等... 

【文章來源】：燕山大學(xué)河北省

【文章頁(yè)數(shù)】：147 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

復(fù)合材料所占總結(jié)構(gòu)質(zhì)量的比值

另外后續(xù)退火熱處理工藝也有利于復(fù)合板進(jìn)行沖壓、拉伸等進(jìn)一步加工，工業(yè)上程序化的軋制復(fù)合生產(chǎn)技術(shù)可提高生產(chǎn)率且在經(jīng)濟(jì)上節(jié)約成本。圖1-2 軋制復(fù)合原理示意圖Fig. 1-2 Schematic illustration showing principle of roll bonding復(fù)合板在進(jìn)行軋制復(fù)合后其界面的結(jié)合性與結(jié)合方式有很大關(guān)系。當(dāng)前對(duì)于復(fù)合板的結(jié)合機(jī)制理論主要有薄膜理論、擴(kuò)散理論、機(jī)械嚙合理論等[26,27-29]。薄膜理論認(rèn)為軋制過程中高壓力下導(dǎo)致板材內(nèi)部新鮮金屬暴露于金屬表面，在足夠大的變形條件下使金屬板材上新鮮金屬發(fā)生結(jié)合。Vaidyanath等[26]表示在冷軋復(fù)合過程中，薄膜理論是板材的主要結(jié)合機(jī)制，板材在軋機(jī)壓力作用下接觸表面形成加工硬化，表面層處氧化膜的破裂程度及金屬擠出數(shù)量決定了金屬板材間的結(jié)合效果。Bay[27]認(rèn)為薄膜理論中加工硬化過程不僅僅導(dǎo)致氧化膜的破碎，還會(huì)引起水蒸氣等其他污染膜的斷裂。事實(shí)上板材的結(jié)合性主要由擠出金屬以及軋制壓下強(qiáng)度所決定，金屬板材發(fā)生結(jié)合過程中由發(fā)生物理接觸、表面激活以及金屬間結(jié)合三個(gè)階段所構(gòu)成。圖1-3顯示了薄膜理論的結(jié)合示意圖，圖中給出金屬板材在軋機(jī)中的軋制入口、軋制處、軋制出口三個(gè)軋制位置。可以看到加工硬化導(dǎo)致金屬板材表層處污染膜的斷裂以及新鮮金屬的擠出。擴(kuò)散理論認(rèn)為不同金屬板材在軋制變形過程中相互接觸區(qū)域形成金屬原子擴(kuò)散現(xiàn)象，界面處形成的擴(kuò)散層即代表板材的良好結(jié)合。例如Lee等人[28]利用軋制復(fù)合的方法制備了Al/Cu復(fù)合板

異種板材發(fā)生物理咬合后隨著溫度的降低由于熱膨脹系數(shù)的不同，導(dǎo)致板材間產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和結(jié)合界面鎖死現(xiàn)象。圖1-3 軋制復(fù)合過程中金屬表面層斷裂和擠壓示意圖Fig. 1-3 Schematic illustration of fracture and extrusion of surface layer during roll bonding1.2.2 軋制參數(shù)對(duì)金屬?gòu)?fù)合板材的影響到目前為止已經(jīng)有很多關(guān)于軋制參數(shù)對(duì)復(fù)合板結(jié)合機(jī)制的影響的研究。據(jù)報(bào)道金屬?gòu)?fù)合板材軋制結(jié)合過程中受到的影響因素主要有：軋制變形量、預(yù)復(fù)合金屬材料、軋制結(jié)合溫度、軋制壓力、軋制時(shí)間、金屬板材成分、表面處理?xiàng)l件、變形區(qū)的軋制幾何（形狀因子）、板材堆疊次序、層數(shù)、板材厚度以及后續(xù)熱處理工藝等[30-43]。不同的軋制復(fù)合參數(shù)會(huì)導(dǎo)致不同的結(jié)合效果。盡管有很多影響因素，但對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)上比較容易控制的幾種參數(shù)條件只有軋制壓力、軋制板材尺寸、軋制變形量以及板材表面光潔度等。在金屬板材軋制復(fù)合過程中，必須具有足夠大的軋制壓力以保證金屬可以一起塑性變形。因此軋制壓力通常被認(rèn)為是最重要的影響因素。Smith等人[44]發(fā)現(xiàn)隨著軋輥壓力的提升，金屬板材的結(jié)合力逐漸增加，但當(dāng)結(jié)合力足夠大后壓力的提升對(duì)板材結(jié)合力的影響不再明顯。Vaidyanath等人[26]認(rèn)為板材的結(jié)合強(qiáng)度與軋制壓下量有關(guān)，板材只有在軋制壓下量達(dá)到一定臨界值后才能被軋制結(jié)合上。圖1-4顯示了不同- 6 -

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本文編號(hào)：2916771