本文關(guān)鍵詞：非陶瓷不連續(xù)體增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備、組織和力學(xué)性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：不連續(xù)增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料不僅具有比強(qiáng)度高、比剛度高和耐磨性好等優(yōu)點(diǎn),而且其原材料成本低、易加工,在航空航天和汽車等領(lǐng)域受到普遍關(guān)注。傳統(tǒng)不連續(xù)增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料中的增強(qiáng)體材料主要為陶瓷,雖然陶瓷增強(qiáng)體可有效地提高基體強(qiáng)度并改善基體力學(xué)性能,但陶瓷增強(qiáng)體與基體金屬間的潤(rùn)濕性差,致使陶瓷增強(qiáng)體易發(fā)生團(tuán)聚且陶瓷與基體之間的界面結(jié)合強(qiáng)度弱,影響復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能,特別是材料塑性發(fā)生明顯下降,限制陶瓷增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用。近年來,利用非陶瓷增強(qiáng)體,如金屬間化合物或者金屬玻璃增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料逐漸引起研究人員關(guān)注并迅速成為研究熱點(diǎn)。此類新型非陶瓷增強(qiáng)體不僅與金屬基體有良好的界面結(jié)合強(qiáng)度,而且可以有效地提高基體的力學(xué)性能。非陶瓷增強(qiáng)體增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料為發(fā)展鋁基復(fù)合材料提供了新的途徑,也為解決傳統(tǒng)陶瓷增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的界面結(jié)合問題提供了新的思路。本論文以鋁為基體,以金屬玻璃顆粒、金屬玻璃短纖維、鋁合金納米晶顆粒、鈦鋁合金顆粒等非陶瓷體為增強(qiáng)體,采用熱壓、熱擠壓或放電等離子體燒結(jié)的方法,制備鋁基復(fù)合材料;探索各種非陶瓷增強(qiáng)體對(duì)復(fù)合材料微觀組織和力學(xué)性能的影響,研究非陶瓷體增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的變形行為和增強(qiáng)機(jī)制。論文主要結(jié)果如下:(1)基于熱壓的方法,制備出鎂基金屬玻璃顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。利用金屬玻璃在過冷液相區(qū)間粘度急劇下降的特點(diǎn),熱壓之后的復(fù)合材料致密度達(dá)到了99%。并且發(fā)現(xiàn)鎂基金屬玻璃顆粒與基體具有良好的結(jié)合強(qiáng)度,復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度都隨著鎂基金屬玻璃顆粒的體積分?jǐn)?shù)增加而增加,但塑性有一定降低。復(fù)合材料強(qiáng)化機(jī)制符合混合模型中的等應(yīng)力模型。(2)制備出直徑較小的鎂基金屬玻璃顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的強(qiáng)度得到了顯著提高,例如,含有10 vol.%增強(qiáng)體復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度從純鋁的~63 MPa增加到了~203 MPa,壓縮強(qiáng)度從~132 MPa增加到了~247 MPa,而且還能保持良好的塑性�；贛odified shear lag模型和位錯(cuò)增強(qiáng)機(jī)制,發(fā)現(xiàn)除增強(qiáng)體的直接增強(qiáng)作用,基體的位錯(cuò)強(qiáng)化作用也是這種復(fù)合材料的重要增強(qiáng)機(jī)制。(3)利用熱壓和熱擠壓的方法,制備出鐵基金屬玻璃短纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。發(fā)現(xiàn)鐵基金屬玻璃短纖維在基體鋁中分布均勻,而且界面結(jié)合良好;鐵基金屬玻璃短纖維可以顯著提高基體鋁的強(qiáng)度,同時(shí)還能保持良好的塑性。當(dāng)鐵基玻璃短纖維的體積分?jǐn)?shù)增加到40 vol.%時(shí),其中屈服強(qiáng)度從純鋁的~40 MPa增加到了~115 MPa,壓縮強(qiáng)度從~132 MPa增加到了~245 MPa。發(fā)現(xiàn)短纖維在復(fù)合材料中的增強(qiáng)效果與短纖維在最大剪切面的分布方向密切相關(guān)。(4)利用金屬玻璃在晶化溫度以上發(fā)生晶化的特點(diǎn),運(yùn)用熱壓或者熱擠壓的方法,制備出納米晶顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。對(duì)其組織觀察顯示增強(qiáng)體顆粒在基體中分布均勻而且界面結(jié)合良好,力學(xué)行為研究表明復(fù)合材料的強(qiáng)度由于納米晶顆粒的加入得到了明顯提高。屈服強(qiáng)度從純鋁的~75MPa增加到復(fù)合材料的~93 MPa,抗拉強(qiáng)度從純鋁的~120 MPa增加到復(fù)合材料的~157 MPa。但是復(fù)合材料強(qiáng)度的增加伴隨著塑性的降低。(5)利用放電等離子燒結(jié)方法制備出鋯基金屬玻璃短纖維增強(qiáng)7075鋁合金復(fù)合材料。結(jié)果表明,放電等離子燒結(jié)方法可以制備出致密度高的金屬玻璃增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料,同時(shí)發(fā)現(xiàn)由于鋯基金屬玻璃短纖維的加入,復(fù)合材料的強(qiáng)度得到顯著提高,其中屈服強(qiáng)度從7075合金的~167 MPa增加到~362 MPa,同時(shí)復(fù)合材料材料還保持良好的壓縮塑性。(6)基于熱壓和熱擠壓的方法,制備出Ti-Al-Nb-Mo-B(Ti-Al合金)顆粒增強(qiáng)鋁硅合金復(fù)合材料。發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度隨著Ti-Al合金顆粒的體積分?jǐn)?shù)增加而增加,其中屈服強(qiáng)度從Al-12Si合金的~104 MPa分別增加到20 vol.%TNM增強(qiáng)復(fù)合材料的~125 MPa和40 vol.%TNM增強(qiáng)復(fù)合材料的~150 MPa。(7)通過比較不同增強(qiáng)體增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的力學(xué)性能,得出Mg58Cu28.5Gd11Ag2.5金屬玻璃顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料具有良好的綜合力學(xué)性能,即較高的屈服強(qiáng)度和良好的塑性。
【關(guān)鍵詞】：鋁基復(fù)合材料 非陶瓷增強(qiáng)體 金屬玻璃 納米晶顆粒 力學(xué)性能 增強(qiáng)機(jī)制
【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)】：TB33
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 緒論13-32
• 1.1 引言13
• 1.2 鋁基復(fù)合材料概述13-21
• 1.2.1 鋁基復(fù)合材料的定義和分類13-14
• 1.2.2 鋁基復(fù)合材料的制備方法14-16
• 1.2.3 鋁基復(fù)合材料的性能和難點(diǎn)16-18
• 1.2.4 鋁基復(fù)合材料的應(yīng)用18-21
• 1.3 粉末冶金工藝21-26
• 1.3.1 粉末冶金工藝概述21-22
• 1.3.2 粉末壓制和燒結(jié)22-24
• 1.3.3 熱壓24-26
• 1.4 金屬玻璃26-29
• 1.5 選題意義及研究?jī)?nèi)容29-32
• 第二章 實(shí)驗(yàn)方法32-38
• 2.1 制備方法32-35
• 2.1.1 噴射鑄造快速成形32
• 2.1.2 球磨32-33
• 2.1.3 熱壓33-34
• 2.1.4 熱擠壓34-35
• 2.1.5 放電等離子燒結(jié)（Spark Plasma Sintering, SPS）35
• 2.2 試樣的表征35-38
• 2.2.1 差熱分析 (Differential scanning calorimeter, DSC)35-36
• 2.2.2 熱機(jī)械分析 (Thermo-mechanical analysis, TMA)36
• 2.2.3 X射線衍射 (X-ray diffraction, XRD)36
• 2.2.4 掃描電子顯微鏡 (Scanning electron microscopy, SEM)36
• 2.2.5 密度測(cè)量36-37
• 2.2.6 硬度測(cè)試37
• 2.2.7 力學(xué)性能測(cè)試37-38
• 第三章 鎂基金屬玻璃顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料38-64
• 3.1 Mg58Cu28.5Gd11Ag2.5金屬玻璃顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料38-51
• 3.1.1 引言38
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)方法38-39
• 3.1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析39-51
• 3.1.3.1 微觀組織和力學(xué)性能39-47
• 3.1.3.2 復(fù)合材料的斷裂行為47-49
• 3.1.3.3 復(fù)合材料的增強(qiáng)機(jī)制與模型49-51
• 3.1.4 小結(jié)51
• 3.2 Mg65Cu20Zn5Y10 金屬玻璃顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料51-64
• 3.2.1 引言51-52
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)方法52
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論52-62
• 3.2.3.1 微觀組織和力學(xué)性能52-58
• 3.2.3.2 增強(qiáng)機(jī)制58-62
• 3.2.4 小結(jié)62-64
• 第四章 鐵基金屬玻璃短纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料64-77
• 4.1 引言64-65
• 4.2 實(shí)驗(yàn)方法65
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果65-73
• 4.3.1 熱壓法制備鐵基金屬玻璃纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料65-71
• 4.3.2 熱擠壓制備鐵基金屬玻璃短纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料71-73
• 4.4 分析與討論73-76
• 4.5 小結(jié)76-77
• 第五章 非晶晶化Al84Gd6Ni7Co3納米晶顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料77-89
• 5.1 引言77
• 5.2 實(shí)驗(yàn)方法77-78
• 5.3 結(jié)果與討論78-87
• 5.3.1 熱擠壓Al84Gd6Ni7Co3 霧化粉末78-83
• 5.3.2 壓制球磨Al84Gd6Ni7Co3 粉末83-87
• 5.4 小結(jié)87-89
• 第六章 鋯基金屬玻璃短纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料89-95
• 6.1 引言89
• 6.2 實(shí)驗(yàn)方法89
• 6.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論89-94
• 6.4 小結(jié)94-95
• 第七章Ti-Al合金顆粒增強(qiáng)Al-12Si合金復(fù)合材料95-103
• 7.1 引言95
• 7.2 實(shí)驗(yàn)方法95
• 7.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論95-102
• 7.4 小結(jié)102-103
• 第八章 不同增強(qiáng)體增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的比較103-107
• 結(jié)論107-109
• 本文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)109
• 本文的不足以及對(duì)后續(xù)工作的建議109-111
• 參考文獻(xiàn)111-129
• 攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果129-133
• 致謝133-134
• 附件134

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：285735