高熵合金顆粒增強鑄造鋁合金的制備及性能研究
發(fā)布時間：2021-11-29 08:38
高熵合金顆粒增強鋁基復合材料具有強度高、韌性良好、界面潤濕性好的特點,是近些年研究熱點,其在航空航天、軌道交通、通訊器件、LED等領域和行業(yè)具有顯著的應用潛力。然而,目前關于高熵合金顆粒增強鋁基復合材料的制備成形研究主要為固態(tài)法,采用液態(tài)法鮮有報道。本文采用壓力浸滲工藝制備了高熵合金顆粒增強鋁基復合材料。分別研究了澆注溫度、體積分數(shù)和球磨工藝（干磨、濕磨）對Al0.25Cu0.75FeCoNi顆粒增強鋁合金的組織和力學性能的影響。根據(jù)優(yōu)化的工藝參數(shù),制備了低密度AlSiTiCrNiCu高熵合金顆粒增強鋁基復合材料,并研究了該材料的組織與性能,得出了以下主要結論:分別利用干磨法和濕磨法制備了Al0.25Cu0.75FeCoNi高熵合金顆粒。一種平均粒徑為53.6μm,另一種平均粒徑為15.7μm。這兩種工藝制備的Al0.25Cu0.75FeCoNi高熵合金顆粒均為FCC晶體結構。利用濕磨法制備了AlSiTiCrNiCu高熵合金顆粒,平均粒徑為10.4μm,其...
【文章來源】：華南理工大學廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：91 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
試樣的拉伸應力和應變曲線[23]
華南理工大學碩士學位論文4中存在大量的空位。金屬Cu顆粒原子占據(jù)鋁晶格原子空缺位置。因此，金屬Cu顆粒與鋁熔體發(fā)生了反應。Yadav等人[27]又采用對攪拌摩擦加工的Cup/Al復合材料在350℃下保溫不同時間來調(diào)控界面反應層厚度。研究發(fā)現(xiàn)，隨著保溫時間的增加，Cup/Al復合材料的界面擴散層厚度在不斷增加，如圖1-2所示[27]。圖1-2Cup/Al復合材料在保溫前后SEM圖[27]：(a)保溫前，(b)保溫10min后Fig.1-2SEMimageofCup/Alcompositesduringheattreatment[27]:(a)before;(b)10minlater1.2.3高熵合金顆粒增強鋁基復合材料之所以采用高熵合金顆粒作為增強體主要是因為高熵合金顆粒與鋁基體之間天然的界面潤濕性，用以克服陶瓷顆粒的不足。另外，高熵合金具有高強、高硬、耐磨、耐腐蝕的特點，性能上又優(yōu)于其他傳統(tǒng)金屬單質(zhì)。利用高熵合金顆粒作為增強體，希望可以獲得高強韌的鋁基復合材料。丁霞[5]采用放電等離子燒結法制備了(AlSiTiCrNiCu)p/6061Al復合材料。當增強體體積分數(shù)為5%時，(AlSiTiCrNiCu)p/6061Al相比基體6061鋁合金，其屈服強度從127MPa提高到170MPa；其壓縮強度從489MPa提高到643MPa；壓縮率從44.6%降低到39.3%。分析表明，AlSiTiCrNiCu顆粒的加入在提高了材料強度的同時，還使得復合材料具有良好的壓縮率。Liu等人[6]采用放電等離子燒結法制備了體積分數(shù)為5%的AlCoCrFeNi/Al復合材料。當燒結溫度560℃時，高熵合金顆粒和鋁合金基體之間會形成過渡層，過渡層的厚度為4μm。隨著燒結溫度提高，AlCoCrFeNi/Al復合材料的過渡層厚度逐漸增加。當燒結溫度達到580℃，AlCoCrFeNi/Al復合材料的界面過渡層厚度為7.6μm；當燒結溫度
第一章緒論5為600℃時，AlCoCrFeNi/Al復合材料的界面過渡層厚度達到15.1μm。燒結溫度為600℃時，AlCoCrFeNi/Al復合材料界面區(qū)域為FCC晶體結構。圖1-3為AlCoCrFeNi/Al復合材料界面TEM圖[6]。力學性能方面，燒結為540℃時，AlCoCrFeNi/Al復合材料屈服強度為96MPa，壓縮率為30%。隨著燒結溫度提高，AlCoCrFeNi/Al復合材料屈服強度和壓縮率逐漸升高。當燒結溫度為580℃時，屈服強度提高到137MPa，壓縮率超過50%。圖1-3AlCoCrFeNi/Al復合材料TEM圖[6]Fig.1-3TEMimagesofAlCoCrFeNi/Alcomposites[6]WANG等人[7]采用熱擠壓法制備了FeNiCrCoAl3/2024Al復合材料。結果顯示，F(xiàn)eNiCrCoAl3/2024Al復合材料的抗壓強度達到710MPa。分析表明，F(xiàn)eNiCrCoAl3/2024Al復合材料的強度提高與球磨過程中α-Al晶粒的細化，添加的第二相FeNiCrCoAl3顆粒，以及基體中彌散分布的Al2Cu有關。朱德智等人[28]采用鋁管包覆高熵合金粉體的方式，分段將高熵合金顆粒添加到鋁熔體當中，并加以攪拌。結果顯示，該工藝可以改善高熵合金粉體在鋁合金熔體中的團聚現(xiàn)象。綜上所述，陶瓷顆粒增強體目前應用較為成熟和廣泛，其成本也相對較低，而且對于復合材料強度和耐磨性能的提升作用較為明顯。另外，陶瓷顆粒如SiC、B4C、BN等密度較低，有利于獲得輕質(zhì)高強復合材料。金屬顆粒目前研究比較多的是Ti、Ni、Cu顆粒，這些金屬顆粒與基體的潤濕較好，其界面結合強度較高，對復合材料的塑性提升較為明顯。新型高熵合金顆粒與基體的潤濕性較好，同時還具有高強、耐磨的特點，是一種應用前景較好的增強體材料。目前，有關于金屬顆粒和高熵合金顆粒增強鋁基復合材料多以固態(tài)法為主，采用液態(tài)法成形工藝的研究相對較少。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]過程控制劑對球磨法制備納米硅粉的影響[J]. 許寶松,陳琦,邱奔,徐冰潔,韓召. 功能材料. 2018(12)
[2]高體積分數(shù)SiCp/A356復合材料的顯微組織和電導率[J]. 路建寧,王娟,鄭開宏,龍駿. 材料導報. 2018(S1)
[3]氣霧化制備Al0.6CoCrFeNi高熵合金粉體的顯微組織演變（英文）[J]. 周上程,張鵬,薛云飛,王富恥,王魯,曹堂清,談震,程寶元,王本鵬. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2018(05)
[4]陶瓷顆粒增強鋁基復合材料的研究進展[J]. 郝世明,毛建偉,謝敬佩. 粉末冶金工業(yè). 2018(01)
[5]A light-weight high-entropy alloy Al20Be20Fe10Si15Ti35[J]. TSENG KoKai,YANG YaChu,JUAN ChienChang,CHIN TsungShune,TSAI CheWei,YEH JienWei. Science China（Technological Sciences）. 2018(02)
[6]高熵合金材料研究進展（英文）[J]. 張蔚冉,Peter K.Liaw,張勇. Science China Materials. 2018(01)
[7]雙級機械攪拌鑄造SiCp/A357復合材料的工藝及性能[J]. 張楨林,張志峰,徐駿,王亞寶,張浩,毛衛(wèi)民. 特種鑄造及有色合金. 2017(06)
[8]陶瓷顆粒增強SiCp/Al鋁基復合材料制備和性能研究[J]. 郝世明,毛建偉,謝敬佩,劉佳斌. 鑄造. 2017(04)
[9]SiC顆粒增強鋁基復合材料的研究進展[J]. 李書志,王鐵軍,王玲. 粉末冶金工業(yè). 2017(01)
[10]Synthesis and characterization of AlCoCrCuFeZnx high-entropy alloy by mechanical alloying[J]. M.Murali,S.P.Kumaresh Babu,B.Jeevan Krishna,A.Vallimanalan. Progress in Natural Science:Materials International. 2016(04)
博士論文
[1]微米、納米SiCp/Al2014復合材料的制備及組織性能[D]. 張龍江.吉林大學 2015
碩士論文
[1]AlSiTi系高熵合金增強6061Al復合材料的制備工藝與性能研究[D]. 丁霞.華南理工大學 2017
[2]高熵合金增強鋁基復合材料的制備及性能研究[D]. 陳奇.華南理工大學 2016
[3]壓力浸滲制備石墨增強鋁基復合材料及其性能研究[D]. 童偉.合肥工業(yè)大學 2016
[4]輕質(zhì)及含鎂高熵合金的設計、微觀組織及儲氫性能研究[D]. 王穩(wěn).蘭州理工大學 2014
[5]機械合金化AlCoFeNiCu系高熵合金組織與性能研究[D]. 方思聰.華南理工大學 2014
[6]硼酸鎂晶須增強鋁基復合材料的制備及其性能研究[D]. 邱娟.成都理工大學 2014
[7]碳化硅顆粒增強鋁基復合材料顯微組織和力學性能的研究[D]. 孫超.中南大學 2012
本文編號：3526193
【文章來源】：華南理工大學廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：91 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
試樣的拉伸應力和應變曲線[23]
華南理工大學碩士學位論文4中存在大量的空位。金屬Cu顆粒原子占據(jù)鋁晶格原子空缺位置。因此，金屬Cu顆粒與鋁熔體發(fā)生了反應。Yadav等人[27]又采用對攪拌摩擦加工的Cup/Al復合材料在350℃下保溫不同時間來調(diào)控界面反應層厚度。研究發(fā)現(xiàn)，隨著保溫時間的增加，Cup/Al復合材料的界面擴散層厚度在不斷增加，如圖1-2所示[27]。圖1-2Cup/Al復合材料在保溫前后SEM圖[27]：(a)保溫前，(b)保溫10min后Fig.1-2SEMimageofCup/Alcompositesduringheattreatment[27]:(a)before;(b)10minlater1.2.3高熵合金顆粒增強鋁基復合材料之所以采用高熵合金顆粒作為增強體主要是因為高熵合金顆粒與鋁基體之間天然的界面潤濕性，用以克服陶瓷顆粒的不足。另外，高熵合金具有高強、高硬、耐磨、耐腐蝕的特點，性能上又優(yōu)于其他傳統(tǒng)金屬單質(zhì)。利用高熵合金顆粒作為增強體，希望可以獲得高強韌的鋁基復合材料。丁霞[5]采用放電等離子燒結法制備了(AlSiTiCrNiCu)p/6061Al復合材料。當增強體體積分數(shù)為5%時，(AlSiTiCrNiCu)p/6061Al相比基體6061鋁合金，其屈服強度從127MPa提高到170MPa；其壓縮強度從489MPa提高到643MPa；壓縮率從44.6%降低到39.3%。分析表明，AlSiTiCrNiCu顆粒的加入在提高了材料強度的同時，還使得復合材料具有良好的壓縮率。Liu等人[6]采用放電等離子燒結法制備了體積分數(shù)為5%的AlCoCrFeNi/Al復合材料。當燒結溫度560℃時，高熵合金顆粒和鋁合金基體之間會形成過渡層，過渡層的厚度為4μm。隨著燒結溫度提高，AlCoCrFeNi/Al復合材料的過渡層厚度逐漸增加。當燒結溫度達到580℃，AlCoCrFeNi/Al復合材料的界面過渡層厚度為7.6μm；當燒結溫度
第一章緒論5為600℃時，AlCoCrFeNi/Al復合材料的界面過渡層厚度達到15.1μm。燒結溫度為600℃時，AlCoCrFeNi/Al復合材料界面區(qū)域為FCC晶體結構。圖1-3為AlCoCrFeNi/Al復合材料界面TEM圖[6]。力學性能方面，燒結為540℃時，AlCoCrFeNi/Al復合材料屈服強度為96MPa，壓縮率為30%。隨著燒結溫度提高，AlCoCrFeNi/Al復合材料屈服強度和壓縮率逐漸升高。當燒結溫度為580℃時，屈服強度提高到137MPa，壓縮率超過50%。圖1-3AlCoCrFeNi/Al復合材料TEM圖[6]Fig.1-3TEMimagesofAlCoCrFeNi/Alcomposites[6]WANG等人[7]采用熱擠壓法制備了FeNiCrCoAl3/2024Al復合材料。結果顯示，F(xiàn)eNiCrCoAl3/2024Al復合材料的抗壓強度達到710MPa。分析表明，F(xiàn)eNiCrCoAl3/2024Al復合材料的強度提高與球磨過程中α-Al晶粒的細化，添加的第二相FeNiCrCoAl3顆粒，以及基體中彌散分布的Al2Cu有關。朱德智等人[28]采用鋁管包覆高熵合金粉體的方式，分段將高熵合金顆粒添加到鋁熔體當中，并加以攪拌。結果顯示，該工藝可以改善高熵合金粉體在鋁合金熔體中的團聚現(xiàn)象。綜上所述，陶瓷顆粒增強體目前應用較為成熟和廣泛，其成本也相對較低，而且對于復合材料強度和耐磨性能的提升作用較為明顯。另外，陶瓷顆粒如SiC、B4C、BN等密度較低，有利于獲得輕質(zhì)高強復合材料。金屬顆粒目前研究比較多的是Ti、Ni、Cu顆粒，這些金屬顆粒與基體的潤濕較好，其界面結合強度較高，對復合材料的塑性提升較為明顯。新型高熵合金顆粒與基體的潤濕性較好，同時還具有高強、耐磨的特點，是一種應用前景較好的增強體材料。目前，有關于金屬顆粒和高熵合金顆粒增強鋁基復合材料多以固態(tài)法為主，采用液態(tài)法成形工藝的研究相對較少。
【參考文獻】：
期刊論文
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[4]陶瓷顆粒增強鋁基復合材料的研究進展[J]. 郝世明,毛建偉,謝敬佩. 粉末冶金工業(yè). 2018(01)
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[6]高熵合金材料研究進展（英文）[J]. 張蔚冉,Peter K.Liaw,張勇. Science China Materials. 2018(01)
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[8]陶瓷顆粒增強SiCp/Al鋁基復合材料制備和性能研究[J]. 郝世明,毛建偉,謝敬佩,劉佳斌. 鑄造. 2017(04)
[9]SiC顆粒增強鋁基復合材料的研究進展[J]. 李書志,王鐵軍,王玲. 粉末冶金工業(yè). 2017(01)
[10]Synthesis and characterization of AlCoCrCuFeZnx high-entropy alloy by mechanical alloying[J]. M.Murali,S.P.Kumaresh Babu,B.Jeevan Krishna,A.Vallimanalan. Progress in Natural Science:Materials International. 2016(04)
博士論文
[1]微米、納米SiCp/Al2014復合材料的制備及組織性能[D]. 張龍江.吉林大學 2015
碩士論文
[1]AlSiTi系高熵合金增強6061Al復合材料的制備工藝與性能研究[D]. 丁霞.華南理工大學 2017
[2]高熵合金增強鋁基復合材料的制備及性能研究[D]. 陳奇.華南理工大學 2016
[3]壓力浸滲制備石墨增強鋁基復合材料及其性能研究[D]. 童偉.合肥工業(yè)大學 2016
[4]輕質(zhì)及含鎂高熵合金的設計、微觀組織及儲氫性能研究[D]. 王穩(wěn).蘭州理工大學 2014
[5]機械合金化AlCoFeNiCu系高熵合金組織與性能研究[D]. 方思聰.華南理工大學 2014
[6]硼酸鎂晶須增強鋁基復合材料的制備及其性能研究[D]. 邱娟.成都理工大學 2014
[7]碳化硅顆粒增強鋁基復合材料顯微組織和力學性能的研究[D]. 孫超.中南大學 2012
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