本文關(guān)鍵詞：納米金屬鋁的制備及力學(xué)性能研究

  更多相關(guān)文章： 放電等離子燒結(jié) 納米鋁 顯微組織 力學(xué)性能 熱處理

【摘要】：納米鋁塊體由于具有晶粒尺寸細(xì)小且均勻、晶界濃度高、晶粒表面清潔等特點(diǎn)，因此其力學(xué)性能與常規(guī)粗晶材料相比有許多優(yōu)點(diǎn)，如高強(qiáng)度、高硬度、良好的耐磨性等。但是納米鋁塊體的制備條件嚴(yán)苛，納米鋁粉極大的比表面積和極高的表面活性，使得納米鋁粉無法在空氣中直接使用，同時多達(dá)數(shù)小時的常規(guī)燒結(jié)方法將導(dǎo)致晶粒長大，很難獲得真正意義上的納米鋁塊體材料。 經(jīng)有機(jī)包覆的納米鋁粉既可以保持其活性又可以避免其被氧化，，因而可以方便地在空氣中直接使用。放電等離子燒結(jié)技術(shù)采用脈沖能、焦耳熱產(chǎn)生的瞬時高溫場來實(shí)現(xiàn)燒結(jié)，具有燒結(jié)溫度低、升溫速度快、燒結(jié)時間短等特點(diǎn)，易于獲得致密度高、晶粒細(xì)小均勻、力學(xué)性能良好的材料。 本實(shí)驗(yàn)采用放電等離子燒結(jié)（SPS）技術(shù)對經(jīng)過有機(jī)包覆的納米鋁粉進(jìn)行燒結(jié)，制備納米鋁塊體材料，并系統(tǒng)研究了燒結(jié)溫度、升溫速率、保溫時間對納米鋁顯微組織及力學(xué)性能的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：燒結(jié)溫度對納米鋁性能影響最大，納米鋁的密度、晶粒尺寸和延伸率均隨溫度的升高而增大，顯微硬度、抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度隨溫度升高先增大后減��；隨著升溫速率的升高，孔隙率逐漸增大；隨著保溫時間的延長，晶粒尺寸逐漸增大。選擇初始壓力為1MPa，升溫速率為40℃/min，保溫壓力為300MPa，保溫時間為6min，燒結(jié)溫度為500℃，可以制備出晶粒細(xì)小、相對密度為99.5%、力學(xué)性能良好的納米鋁塊體材料。對該工藝條件下制備的納米鋁塊體在不同溫度下進(jìn)行真空熱處理，并對熱處理前后的試樣進(jìn)行內(nèi)部殘余應(yīng)力測試和準(zhǔn)靜態(tài)壓縮、原位拉伸實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，SPS燒結(jié)鋁內(nèi)部具有較大的殘余應(yīng)力，經(jīng)退火處理后能夠得到很好的消除，抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、應(yīng)變均較退火前有較大程度的提升。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究了熱擴(kuò)散系數(shù)、電阻率隨燒結(jié)溫度的演變規(guī)律。隨著燒結(jié)溫度的升高，納米鋁的電阻率逐漸下降，熱擴(kuò)散系數(shù)逐漸升高。研究成果為SPS技術(shù)在制備大塊體納米金屬材料方面打下了良好的基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：放電等離子燒結(jié) 納米鋁 顯微組織 力學(xué)性能 熱處理
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1;TG146.21
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-23
• 1.1 納米材料概述10
• 1.2 納米金屬顆粒的制備方法概述10-13
• 1.2.1 氣相法制備納米金屬粒子10-11
• 1.2.2 液相法制備納米金屬粒子11-12
• 1.2.3 固相法制備納米金屬粒子12-13
• 1.3 納米金屬粒子的表面改性13
• 1.4 納米金屬塊體材料的制備13-15
• 1.4.1 外壓力合成法13-14
• 1.4.2 電解沉積法14
• 1.4.3 相變界面形成法14-15
• 1.5 放電等離子燒結(jié)（SPS）技術(shù)15-20
• 1.5.1 SPS 燒結(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)16-17
• 1.5.2 SPS 燒結(jié)工藝過程17-18
• 1.5.3 SPS 燒結(jié)機(jī)理18
• 1.5.4 SPS 燒結(jié)工藝優(yōu)勢18-19
• 1.5.5 SPS 燒結(jié)技術(shù)在材料制備中的應(yīng)用19-20
• 1.6 材料內(nèi)部殘余應(yīng)力測試方法20-21
• 1.6.1 逐層鉆孔法20
• 1.6.2 中子衍射法20
• 1.6.3 同步衍射法20-21
• 1.6.4 短波長 X 射線衍射法21
• 1.7 本文研究內(nèi)容與意義21-23
• 1.7.1 主要研究內(nèi)容21-22
• 1.7.2 研究意義22-23
• 第2章 實(shí)驗(yàn)方法23-32
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料23-24
• 2.2 放電等離子燒結(jié)實(shí)驗(yàn)24-26
• 2.2.1 燒結(jié)系統(tǒng)24
• 2.2.2 燒結(jié)模具的選擇24-26
• 2.2.3 放電等離子燒結(jié)實(shí)驗(yàn)操作步驟26
• 2.3 性能測試26-29
• 2.3.1 密度26
• 2.3.2 顯微硬度26-27
• 2.3.3 靜態(tài)壓縮27
• 2.3.4 原位拉伸27-28
• 2.3.5 殘余應(yīng)力測試28
• 2.3.6 電阻率測試及分析28-29
• 2.3.7 熱擴(kuò)散系數(shù)測試及分析29
• 2.4 物相與微觀組織分析29-31
• 2.4.1 物相分析29-30
• 2.4.2 顯微組織觀察30
• 2.4.3 透射電子顯微鏡觀測分析30-31
• 2.5 真空熱處理31-32
• 第3章 放電等離子燒結(jié)法制備納米鋁關(guān)鍵控制因素研究32-51
• 3.1 實(shí)驗(yàn)過程設(shè)計(jì)32-34
• 3.2 升溫速率對納米鋁密度和顯微組織的影響規(guī)律34-37
• 3.3 保溫時間對納米鋁密度和顯微組織的影響規(guī)律37-39
• 3.4 燒結(jié)溫度對納米鋁顯微組織和性能的影響規(guī)律39-51
• 3.4.1 密度測試結(jié)果與分析39-40
• 3.4.2 物相分析40-41
• 3.4.3 顯微硬度測試結(jié)果與分析41-42
• 3.4.4 顯微組織觀察結(jié)果與分析42-45
• 3.4.5 準(zhǔn)靜態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析45-47
• 3.4.6 拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析47-48
• 3.4.7 燒結(jié)溫度對納米鋁拉伸斷口形貌的影響48-49
• 3.4.8 燒結(jié)溫度對納米鋁電阻率的影響49-50
• 3.4.9 燒結(jié)溫度對納米鋁熱擴(kuò)散系數(shù)的影響50-51
• 第4章 內(nèi)部殘余應(yīng)力對納米鋁力學(xué)性能的影響51-58
• 4.1 去應(yīng)力退火51-52
• 4.2 殘余應(yīng)力測試52-56
• 4.2.1 測試條件52
• 4.2.2 測試方向及部位52-53
• 4.2.3 測試方法53-54
• 4.2.4 測試數(shù)據(jù)處理與分析54-55
• 4.2.5 結(jié)論55-56
• 4.3 殘余應(yīng)力對納米鋁力學(xué)性能的影響56-58
• 第5章 結(jié)論58-59
• 參考文獻(xiàn)59-66
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單66-67
• 致謝67

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：562293