納米－微米混雜增強鋁基復合材料力學與磨損性能研究
發(fā)布時間：2021-08-02 22:44
相比于微米SiC,納米SiC顆粒具有更高的增強效率,在制備高強度以及機加工性能良好的鋁基復合材料方面具有廣闊的應用前景。碳納米管（CNT）作為一種新型的柔性納米材料,理論強化效率高,在制備高強度鋁基復合材料也具有一定的潛力。但單一CNT增強鋁基復合材料又存在模量低、硬度低的缺點。理論上,混雜效應使得混雜增強鋁基復合材料綜合性能優(yōu)于單一增強體增強鋁基復合材料,為此,本文也對CNT與微米SiC顆�；祀s增強鋁基復合材料力學性能與摩擦磨損行為進行了探索研究。本論文第一部分采用7055Al為基體,通過高能球磨-粉末冶金-熱擠壓工藝,分別制備出納米SiC/7055Al、CNT/7055Al復合材料,并對其微觀組織與力學性能關系進行了研究。第二部分采用7055Al為基體,通過高能球磨-粉末冶金-熱擠壓工藝,制備出微米SiC/7055Al和微米SiC-CNT/7055Al復合材料。并對兩種復合材料微觀組織與力學性能進行了表征。第三部分采用銷盤式摩擦磨損試驗機測試了微米SiC/7055Al、CNT/7055Al和微米SiC-CNT/7055Al三種復合材料干滑動摩擦磨損性能,并對比分析其磨損機制。得到以...
【文章來源】：桂林理工大學廣西壯族自治區(qū)
【文章頁數(shù)】：67 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
初始7055鋁粉形貌
桂林理工大學碩士學位論文13圖2.2增強體形貌：（a）納米SiC，（b）CNT，（c）微米SiCFig.2.2Morphologyofrawreinforcements:(a)nano-SiC,(b)CNT,(c)micro-SiC2.2試驗方法2.2.1材料的制備本實驗采用混料/球磨-粉末冷壓-粉末熱壓致密化結合后續(xù)熱擠壓工藝制備塊體材料。主要制備流程為：粉體稱量，配制粉體，高能球磨，冷壓預成型，熱壓燒結，熱擠壓變形等。接下來將對每種材料制備過程中實驗參數(shù)進行陳述。（1）納米SiC/7055Al復合材料系列材料a.基體合金（7055Al）硬脂酸添加量1.5wt.%，球磨機主軸轉速250rpm，球磨時間4h，球料比15/1，冷壓致密度50~60%，熱壓溫度500℃，真空度10-2Pa，擠壓溫度420℃，擠壓比16/1。b.納米SiC/7055Al復合材料納米SiC體積分數(shù)為2.0vol.%，硬脂酸添加量1.5wt.%，球磨機主軸轉速250rpm，球磨時間4h，球料比15/1，冷壓致密度50~60%，熱壓溫度500℃，真空度10-2Pa，擠壓溫度420℃，擠壓比16/1。（2）CNT/7055Al復合材料a.基體合金（7055Al）硬脂酸添加量1.6wt.%。球磨機主軸轉速400rpm，球磨時間6h，球料比15/1。冷壓致密度50~60%。熱壓溫度500℃，真空度10-2Pa。擠壓溫度420℃，擠壓比16/1。b.CNT/7055Al復合材料CNT體積分數(shù)為1.0vol.%。硬脂酸添加量1.6wt.%，球磨機主軸轉速400rpm，球磨時間6h，球料比15/1。冷壓致密度50~60%。熱壓溫度500℃，真空度10-2Pa。擠壓溫度420℃，擠壓比16/1。
桂林理工大學碩士學位論文17得納米SiC能夠均勻地分散在鋁基體中，因此金相組織觀察下增強體分散情況較好。圖3.1材料金相組織：（a）（b）7055Al，（c）（d）2.0vol.%SiC/7055Al復合材料Fig.3.1Opticalmicrographsofmatrixandcomposite:(a)(b)7055Al,(c)(d)2.0vol.%SiC/7055Al3.4納米SiC/7055Al復合材料的物相分析圖3.2為基體合金與復合材料擠壓態(tài)XRD物相分析。由該圖可知，擠壓態(tài)合金和復合材料中存在大量MgZn2，這說明金相觀察時觀察到未溶相主要是粗大的MgZn2相。2.0vol.%SiC/7055Al復合材料的XRD僅檢測出SiC、Al和MgZn2相特征峰，并未發(fā)現(xiàn)其它相特征峰出現(xiàn)。通常，在高溫燒結過程中，SiC顆粒與鋁基體會發(fā)生以下界面反應[60]：4Al+3SiC→3Si+Al4C3，反應產(chǎn)物中的Al4C3是一種高硬度脆性相，在拉伸過程中容易導致應力集中，導致材料提前開裂，最終惡化材料性能。XRD圖譜中基體合金與2.0vol.%SiC/7055Al均未發(fā)現(xiàn)Al4C3，說明本實驗采用制備工藝有效地防止了界面反應產(chǎn)物（如Al4C3）的產(chǎn)生�？傮w而言，經(jīng)過粉末冶金法以及后續(xù)熱擠壓后，基體合金與復合材料均存在少量粗大未溶解MgZn2相。復合材料中SiC依舊保持原來物理化學狀態(tài)，這也為納米SiC強化鋁基體打下堅實基矗
本文編號：3318408
【文章來源】：桂林理工大學廣西壯族自治區(qū)
【文章頁數(shù)】：67 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
初始7055鋁粉形貌
桂林理工大學碩士學位論文13圖2.2增強體形貌：（a）納米SiC，（b）CNT，（c）微米SiCFig.2.2Morphologyofrawreinforcements:(a)nano-SiC,(b)CNT,(c)micro-SiC2.2試驗方法2.2.1材料的制備本實驗采用混料/球磨-粉末冷壓-粉末熱壓致密化結合后續(xù)熱擠壓工藝制備塊體材料。主要制備流程為：粉體稱量，配制粉體，高能球磨，冷壓預成型，熱壓燒結，熱擠壓變形等。接下來將對每種材料制備過程中實驗參數(shù)進行陳述。（1）納米SiC/7055Al復合材料系列材料a.基體合金（7055Al）硬脂酸添加量1.5wt.%，球磨機主軸轉速250rpm，球磨時間4h，球料比15/1，冷壓致密度50~60%，熱壓溫度500℃，真空度10-2Pa，擠壓溫度420℃，擠壓比16/1。b.納米SiC/7055Al復合材料納米SiC體積分數(shù)為2.0vol.%，硬脂酸添加量1.5wt.%，球磨機主軸轉速250rpm，球磨時間4h，球料比15/1，冷壓致密度50~60%，熱壓溫度500℃，真空度10-2Pa，擠壓溫度420℃，擠壓比16/1。（2）CNT/7055Al復合材料a.基體合金（7055Al）硬脂酸添加量1.6wt.%。球磨機主軸轉速400rpm，球磨時間6h，球料比15/1。冷壓致密度50~60%。熱壓溫度500℃，真空度10-2Pa。擠壓溫度420℃，擠壓比16/1。b.CNT/7055Al復合材料CNT體積分數(shù)為1.0vol.%。硬脂酸添加量1.6wt.%，球磨機主軸轉速400rpm，球磨時間6h，球料比15/1。冷壓致密度50~60%。熱壓溫度500℃，真空度10-2Pa。擠壓溫度420℃，擠壓比16/1。
桂林理工大學碩士學位論文17得納米SiC能夠均勻地分散在鋁基體中，因此金相組織觀察下增強體分散情況較好。圖3.1材料金相組織：（a）（b）7055Al，（c）（d）2.0vol.%SiC/7055Al復合材料Fig.3.1Opticalmicrographsofmatrixandcomposite:(a)(b)7055Al,(c)(d)2.0vol.%SiC/7055Al3.4納米SiC/7055Al復合材料的物相分析圖3.2為基體合金與復合材料擠壓態(tài)XRD物相分析。由該圖可知，擠壓態(tài)合金和復合材料中存在大量MgZn2，這說明金相觀察時觀察到未溶相主要是粗大的MgZn2相。2.0vol.%SiC/7055Al復合材料的XRD僅檢測出SiC、Al和MgZn2相特征峰，并未發(fā)現(xiàn)其它相特征峰出現(xiàn)。通常，在高溫燒結過程中，SiC顆粒與鋁基體會發(fā)生以下界面反應[60]：4Al+3SiC→3Si+Al4C3，反應產(chǎn)物中的Al4C3是一種高硬度脆性相，在拉伸過程中容易導致應力集中，導致材料提前開裂，最終惡化材料性能。XRD圖譜中基體合金與2.0vol.%SiC/7055Al均未發(fā)現(xiàn)Al4C3，說明本實驗采用制備工藝有效地防止了界面反應產(chǎn)物（如Al4C3）的產(chǎn)生�？傮w而言，經(jīng)過粉末冶金法以及后續(xù)熱擠壓后，基體合金與復合材料均存在少量粗大未溶解MgZn2相。復合材料中SiC依舊保持原來物理化學狀態(tài)，這也為納米SiC強化鋁基體打下堅實基矗
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