在鋁基體中加入增強(qiáng)體可以大幅度提高其強(qiáng)度,但是不可避免地導(dǎo)致塑性的劣化。因而獲得強(qiáng)度和塑性同步提升的鋁基復(fù)合材料一直以來(lái)都是人們所關(guān)注的熱點(diǎn)之一。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn),在鋁中引入層錯(cuò)或微孿晶這樣一些面缺陷,能夠在一定程度上改變鋁的變形行為,實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度和塑性的同時(shí)提升。但目前而言,在鋁中引入層錯(cuò)或?qū)\晶的工作大多出現(xiàn)在納米晶或納米薄膜中,在尺寸較大的塊體材料中未見(jiàn)報(bào)道過(guò)。本文在課題組多年鋁基復(fù)合材料研究經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,提出了依靠Si C納米線搭建納米空間,填充鋁液制成鋁基復(fù)合材料,利用SiC納米線和鋁基體的熱應(yīng)力誘導(dǎo)層錯(cuò)或?qū)\晶形成的技術(shù)路線。在制備的復(fù)合材料中發(fā)現(xiàn)大量層錯(cuò)及微孿晶,表現(xiàn)出非常優(yōu)異的力學(xué)性能。本文采用壓力浸滲法制備了30vol.%SiC_nw/Al復(fù)合材料,為進(jìn)一步提高復(fù)合材料的力學(xué)性能對(duì)其進(jìn)行了應(yīng)力均勻化和三向熱約束變形處理。本文通過(guò)基于ANSYS有限元模擬平臺(tái)對(duì)復(fù)合材料基體中的殘余應(yīng)力分布狀態(tài)進(jìn)行了模擬,可以看出:納米線的間距越窄,基體中的殘余應(yīng)力越高;隨著距界面距離的增大,應(yīng)力逐漸減小;尖端處更容易出現(xiàn)應(yīng)力集中。殘余應(yīng)力分布的這些特征與實(shí)驗(yàn)中觀察到:體積分?jǐn)?shù)... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：95 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

0.3%應(yīng)變時(shí)MD模型的位錯(cuò)組態(tài)[8]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-5-于前面所提到的晶界(GB)發(fā)射不全位錯(cuò)的模型，而是全位錯(cuò)(1/2<110>)在晶粒內(nèi)部均勻形核并拓展成兩個(gè)Shockley不全位錯(cuò)(1/6<112>)，當(dāng)有一個(gè)不全位錯(cuò)在鋁的{111}面上滑過(guò)時(shí)，則留下一層內(nèi)稟型層錯(cuò)(IntrinsicStackingFault)，當(dāng)兩個(gè)相鄰的{111}原子面都有拓展位錯(cuò)滑過(guò)時(shí)則留下兩個(gè)原子層厚度的外稟型(ExtrinsicStackingFault)層錯(cuò)。進(jìn)一步分析可知，當(dāng)相鄰的三層{111}原子面都有拓展位錯(cuò)滑過(guò)時(shí)，缺陷形式則會(huì)由層錯(cuò)轉(zhuǎn)變成只有三層原子層厚的微孿晶。文章給出了不同晶粒取向?qū)τ谛纬蓪\晶的應(yīng)力條件具有十分重要的影響，但對(duì)于位錯(cuò)如何在晶粒內(nèi)部均勻形核以及如何拓展并沒(méi)有給出完美的解釋。圖1-2ECAP變形過(guò)后亞晶粒HRTEM[23]a)微孿晶；b)層錯(cuò)Zhao[24]等人采用動(dòng)態(tài)等通道擠壓(D-ECAP)工藝對(duì)單晶鋁塊體進(jìn)行了極高應(yīng)變速率(~106s-1)的變形處理，發(fā)現(xiàn)在具有更大剪切變形的模具上部分出現(xiàn)了大量的宏觀變形孿晶。在動(dòng)態(tài)加載的等通道擠壓過(guò)程中，非常大的剪切變形量和非�？斓淖冃嗡俾适卿X中能夠出現(xiàn)孿晶的根本原因，而單晶鋁晶界的缺失為孿晶的生長(zhǎng)排除了一個(gè)重要的障礙，MD模擬的結(jié)果則表明快速形變條件下位錯(cuò)的自釘扎效應(yīng)是阻礙其運(yùn)動(dòng)的重要因素，從而在一定程度上給孿晶形成創(chuàng)造了機(jī)會(huì)，但是同時(shí)還發(fā)現(xiàn)孿晶的出現(xiàn)是有利于位錯(cuò)的形核。圖1-3給出了動(dòng)態(tài)加載等通道擠壓(D-ECAP)得模型及工作原理示意。圖1-3動(dòng)態(tài)等通道擠壓模型[24]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-6-1.2.2極端變形條件形成層錯(cuò)及孿晶Zuo[25]等人利用磁控濺射工藝制備了納米Al/非晶AlN多層膜結(jié)構(gòu)，膜的厚度尺寸在10nm~200nm左右，在鋁薄膜中發(fā)現(xiàn)了大量的微孿晶和9R相的存在，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)9R相和微孿晶出現(xiàn)和存在的形式與薄膜的厚度有著密切的關(guān)系。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，鋁薄膜中的共格孿晶是從異質(zhì)相界面發(fā)射的，而不是從晶界發(fā)射，相界面在9R相和微孿晶的出現(xiàn)上起到了至關(guān)重要的作用，因而薄膜厚度越小，相界面占的比例越大，出現(xiàn)層錯(cuò)或9R相的比例也就越多。但隨著厚度增加到一定程度，給了相界面繼續(xù)發(fā)射不全位錯(cuò)進(jìn)一步形成共格孿晶的空間。圖1-4很好地展示了與薄膜厚度相關(guān)的9R相和微孿晶組態(tài)演變過(guò)程。可以看到，當(dāng)薄膜厚度特別小時(shí)(10~20nm)，界面處產(chǎn)生Schockley位錯(cuò)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)后面留下層錯(cuò)。薄膜厚度增加，層錯(cuò)堆疊起來(lái)，形成貫穿薄膜的9R相，如果厚度過(guò)大，則形成的9R相不能貫穿整個(gè)薄膜。隨著薄膜厚度繼續(xù)增大相界面繼續(xù)發(fā)射不全位錯(cuò)，使得9R相獨(dú)立存在與薄膜中間，并在后面留下與基體共格的孿晶。文章還認(rèn)為，相界面對(duì)于鋁薄膜不僅起到了提供位錯(cuò)源發(fā)射不全位錯(cuò)的作用，還通過(guò)向鋁薄膜中擴(kuò)散氮原子，降低了鋁的層錯(cuò)能，在靠近相界面的區(qū)域形成了氮原子濃度梯度區(qū)域，同時(shí)也導(dǎo)致了鋁的層錯(cuò)能在該區(qū)域梯度分布，實(shí)際看到的層錯(cuò)分布情況也與此類(lèi)似。但該文章中對(duì)于9R相到共格孿晶的轉(zhuǎn)變并沒(méi)有做詳細(xì)的介紹。不過(guò)該文章提出，Al和非晶AlN形成的界面可能為不全位錯(cuò)的發(fā)生提供了十分有利的條件，同時(shí)還產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力作為形成9R相和納米孿晶的驅(qū)動(dòng)力，從而在沒(méi)有大變形的條件下形成9R相和納米孿晶[26]。圖1-49R相和微孿晶的形核、生長(zhǎng)過(guò)程示意圖[25]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Al及其復(fù)合材料尺寸穩(wěn)定性原理與穩(wěn)定化設(shè)計(jì)研究進(jìn)展[J]. 武高輝,喬菁,姜龍濤.  金屬學(xué)報(bào). 2019(01)
[2]Electrical Discharge Machining of Al2024-65 vol% SiC Composites[J]. Wen-Shu Yang,Guo-Qin Chen,Ping Wu,Murid Hussain,Jia-Bing Song,Rong-Hua Dong,Gao-Hui Wu.  Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2017(05)
[3]金屬基復(fù)合材料發(fā)展的挑戰(zhàn)與機(jī)遇[J]. 武高輝.  復(fù)合材料學(xué)報(bào). 2014(05)

博士論文
[1]SiC納米線誘發(fā)Al基體層錯(cuò)和孿晶的形成機(jī)制及其對(duì)力學(xué)行為的影響[D]. 董蓉樺.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016

碩士論文
[1]基于分子動(dòng)力學(xué)的晶體銅拉伸變形機(jī)理研究[D]. 高強(qiáng).哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014



本文編號(hào)：3588140