p协同增强铝基复合材料组织性能与强化机理研究

发布时间：2016-09-09 16:02

  本文关键词：Ti颗粒与SiC_p协同增强铝基复合材料组织性能与强化机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

《华南理工大学》 2015年

Ti颗粒与SiC_p协同增强铝基复合材料组织性能与强化机理研究

刘一雄  

【摘要】：复合材料因具有可设计性的特点,而备受科研工作者的关注。铝基复合材料具有高比强度、高比模量以及耐磨损等优异综合性能。提高高性能颗粒增强体含量能够获得高强度与耐磨的高性能铝基复合材料。但随着增强体含量的些微增大,铝基复合材料的强度和塑/韧性存在着相互倒置关系。本论文的研究目标是通过铸造途径在复合材料中形成一定数量、一定尺寸、均匀分布的韧性金属区域,制备得到一种金属-陶瓷混杂增强铝基复合材料,在强度提高的同时,有效改善材料塑/韧性,保留其耐磨损性能。首先,本文对挤压铸造技术制备得到的不同基体(2024Al与7075Al)、不同增强体(Ti B2、Si C和Ti)或增强体组合铝基复合材料进行了性能对比分析,筛选出拉伸性能优异的增强体与基体组合。结果表明,Ti金属颗粒与Si Cp协同增强7075Al复合材料能获得更好的拉伸性能。Ti金属颗粒在提高复合材料抗拉强度的同时,改善了材料的损伤容限,得到强度和塑性均有所提高的新材料。其次,研究了Ti金属颗粒对复合材料时效行为的影响。复合材料中Ti金属颗粒的存在减少了基体中的热错配位错密度,降低了基体中GP区和析出相的形核率;同时也导致了析出相长大激活能的降低。溶质Mg原子在Ti金属颗粒与基体间界面的偏聚降低了基体中Mg原子浓度,而热错配位错形成的扩散通道则加剧了这一现象,使复合材料在不同时效温度区间下表现出不同的时效温度敏感度。尽管Ti金属颗粒降低了析出相长大激活能,但析出温度的提高和溶质原子浓度的降低都迟滞了时效峰值的出现。此外,峰时效热处理后复合材料的强度与塑性进一步得到提高。Mg-Ti扩散层和界面Ti Al3金属间化合物反应层的形成,强化了Ti金属颗粒与基体间结合,增强了Ti金属颗粒的强化效果,进一步提高了复合材料的塑性。再次,研究了Ti金属颗粒对复合材料断裂行为的影响及其强化机理。复合材料的损伤演变过程受到增强体颗粒尺寸和性能的影响。相比于小尺寸的Si C颗粒,大尺寸Si C颗粒在变形过程中更容易破裂。Si C颗粒的破裂导致增强体总承载能力的下降,降低了复合材料的强度。同时,变形过程中大尺寸Si C颗粒的优先破裂加速了裂纹的扩展,降低了复合材料的塑性。而Ti金属颗粒在复合材料中形成了以Ti金属颗粒为核心,包裹有低密度位错基体的微区,这些微区在变形过程中不仅有效地释放应力、协同变形,减少Si C颗粒的破裂,提高了基体合金的变形能力,从而导致复合材料强度与塑性的提高;同时也阻碍了裂纹的扩展,极大地提高了材料的损伤容限。研究结果有助于深入理解金属-陶瓷协同增强复合材料的断裂行为及其结构-性能关系,对复合材料的组织性能优化与设计具有非常重要的意义。最后,研究了Ti金属颗粒对复合材料摩擦磨损行为的影响。复合材料表现出疲劳磨损与磨粒磨损相结合的特征。Ti金属颗粒产生的协同变形和应力释放效应,使得磨损过程中Si C颗粒的破裂变得更为困难,降低了复合材料的摩擦系数;同时也有效地阻碍了疲劳裂纹的形成与扩展,提高了复合材料在低载荷下的耐磨损性能。载荷提高后,Ti金属颗粒、Si C颗粒以及基体对载荷不同程度的应变响应导致增强体与基体间界面的应力急剧增大,磨损表面应力影响区中的Si C颗粒的破裂加剧,使得裂纹在Ti金属颗粒与复合材料间的扩展变得更为容易,降低复合材料耐磨损性能。研究表明,金属-陶瓷协同增强铝基复合材料的微观结构独特,并由此衍生出一系列独特性能,表现出轻质、高强、塑性以及耐磨等优异的综合性能。这种多元/多尺度的微结构韧化复合工艺是具有前瞻性的,对促进金属基复合材料的迅速发展具有非常重要的意义。

【关键词】：
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB333
【目录】：

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1 姜龙涛;陈国钦;修子扬;范瑞君;武高辉;赫晓东;;高强塑性TiB_(2P)/Al复合材料的制备与力学性能[J];稀有金属材料与工程;2010年02期

2 陈兴;杨城笑;严彪;;金属基陶瓷颗粒增强复合材料的制备方法[J];上海有色金属;2008年01期

3 张荻;张国定;李志强;;金属基复合材料的现状与发展趋势[J];中国材料进展;2010年04期

4 陈国钦;杨文澍;马康;Murid HUSSAIN;姜龙涛;武高辉;;压力浸渗法制备Si_3N_(4p)/2024Al复合材料的时效和热膨胀行为(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2011年S2期

5 秦蜀懿,张国定;改善颗粒增强金属基复合材料塑性和韧性的途径与机制[J];中国有色金属学报;2000年05期

【共引文献】

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1 彭溢;吴超;李世铭;杨文山;;舰用复合材料夹层板力学特性试验研究[J];传感器与微系统;2011年07期

2 李杰;宗亚平;庄伟彬;张跃波;;不同类型陶瓷颗粒对铁基复合材料力学性能的影响[J];材料科学与工程学报;2011年03期

3 张志伟;陈敬超;潘勇;周晓龙;刘方方;张昆华;管伟明;;大塑性变形改善反应合成制备Ag/SnO_2材料性能研究[J];稀有金属材料与工程;2008年02期

4 张志伟;沈喜海;张卫国;邵丽君;王月辉;廉琪;;Ag/SnO_2材料挤压变形过程中的性能研究[J];粉末冶金技术;2011年02期

5 吕萌;毛昌辉;杨剑;梁秋实;;挤压比对W_p/AZ91镁基复合材料力学性能的影响[J];粉末冶金技术;2011年06期

6 方玲;张小联;;SiC_p/Al复合材料力学性能的研究进展[J];材料研究与应用;2010年01期

7 张志伟;陈敬超;潘勇;张昆华;管伟明;;大塑性变形对Ag/SnO_2材料显微组织与性能的影响[J];贵金属;2007年04期

8 郭永良;刘兴秋;宁江利;蒋大鸣;;热挤压对Al_2O_3p/6061铝基复合材料拉伸性能及组织的影响[J];机械工程材料;2007年03期

9 石永亮;郭志猛;郝俊杰;林涛;曾鲜;;Ti诱导反应熔体无压浸渗法制备Fe-Al_2O_3-TiC复合材料[J];粉末冶金工业;2012年05期

10 韩晓东;李志强;范根莲;江林;张荻;;碳纳米管增强铝基复合材料制备技术进展[J];材料导报;2012年21期

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1 闫世凯;袁方利;胡鹏;白柳杨;李晋林;;RF等离子体球化制备球形氧化铝和氧化硅[A];复合材料——基础、创新、高效：第十四届全国复合材料学术会议论文集（上）[C];2006年

2 黄勇;王晓军;吴昆;胡小石;郑明毅;;热挤压对C_(sf)/AZ91复合材料组织与力学性能的影响[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集（下册）[C];2008年

3 王晓军;张海峰;吴昆;胡小石;郑明毅;;热挤压对SiCp/AZ91复合材料组织和性能的影响[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集（下册）[C];2008年

4 李铠月;张云鹏;杨光美;陈国定;;颗粒增强金属基复合材料的超声振动磨削放电加工研究[A];第五届数控机床与自动化技术专家论坛、第18届中国西部国际装备制造业博览会专刊[C];2014年

5 刘晓菊;贾真;邵芬;薛庆贺;杜雪卉;;冷变形对1700MPa级别高强度钢组织性能影响的研究[A];陕西省机械工程学会理化检验分会第九届年会论文集[C];2013年

6 赵立国;徐源;冯闯;贺伟;赵越;韩文军;;铝管感应钎焊工艺对焊缝区显微组织的影响[A];2014年中国家用电器技术大会论文集[C];2014年

7 卢恩赦;;应力诱发NiAl合金马氏体相变的分子动力学模拟[A];武汉大学第九届研究生学术科技节系列活动之“第八届湖北省给水排水工程与环境工程研究生学术论坛”论文集[C];2014年

8 童惠荣;周立中;宾远红;;17Cr2Ni2Mo钢十字轴失效分析[A];2013年全国失效分析学术会议论文集[C];2013年

9 徐启迪;黄娇;姚美意;张金龙;彭剑超;周邦新;;添加S对Zr-Sn-Nb-Fe锆合金中第二相的影响[A];中国核科学技术进展报告（第三卷）——中国核学会2013年学术年会论文集第4册（核材料分卷、同位素分离分卷、核化学与放射化学分卷）[C];2013年

10 马建华;郭建斌;;铁液的共晶度控制[A];2015中国铸造活动周论文集[C];2015年

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1 孙有平;塑性变形对喷射沉积7090Al/SiC_p复合材料SiC分布及组织性能影响[D];湖南大学;2009年

2 肖平安;Laves相TiCr_2微粒增强Ti基合金的制备及其组织、性能和力学行为的研究[D];中南大学;2002年

3 周永欣;SiC颗粒增强钢基表面复合材料的制备及冲蚀磨损性能研究[D];西安建筑科技大学;2007年

4 郭荣鑫;夹杂物干涉机制及其对材料细观损伤的影响研究[D];昆明理工大学;2007年

5 程南璞;SiC_p/Al复合材料制备工艺和微结构及性能研究[D];中南大学;2007年

6 葛英飞;SiC颗粒增强铝基复合材料超精密车削的基础研究[D];南京航空航天大学;2007年

7 晋艳娟;碳/铝复合材料板带铸轧控制成型及力学行为研究[D];太原科技大学;2013年

8 山泉;碳化钨颗粒/钢基表层复合材料热疲劳行为研究[D];昆明理工大学;2013年

9 王东;SiCp/2009Al复合材料的搅拌摩擦焊接[D];中国科学技术大学;2014年

10 董鹏;6005A-T6铝合金搅拌摩擦焊接头的组织与性能研究[D];吉林大学;2014年

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1 黄科辉;钛铝化合物的原位复合技术及其组织性能研究[D];南昌航空大学;2010年

2 杨冠男;Al_3Ti_p/Mg复合材料的制备与性能研究[D];暨南大学;2010年

3 代廷海;不同试验参数下过共晶铝锰基复合材料冲蚀磨损性能研究[D];新疆大学;2011年

4 方佳;Al_2O_3增强共晶成分铝锰合金及复合材料滑动摩擦磨损特性[D];新疆大学;2011年

5 唐雷;铜基SiC、碳洋葱自润滑复合材料的制备及其摩擦磨损性能研究[D];天津大学;2010年

6 孙有平;塑性变形对喷射沉积7090Al/SiC_p复合材料SiC分布及组织性能影响[D];湖南大学;2009年

7 张登科;原位（Ti,W）C颗粒增强钢基复合材料的制备与组织、性能研究[D];上海交通大学;2011年

8 李晓东;碳化钨颗粒/高锰钢基复合堆焊层组织及性能的研究[D];辽宁工程技术大学;2011年

9 楚达;Al-SiO_2-C（Mg）系反应合成内生型铝基复合材料[D];南京理工大学;2012年

10 王基才;电冶熔铸WC/钢复合材料的制备工艺及组织、性能的研究[D];合肥工业大学;2003年

【二级参考文献】

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1 熊德赣;程辉;刘希从;赵恂;鲍小恒;杨盛良;堵永国;;AlSiC电子封装材料及构件研究进展[J];材料导报;2006年03期

2 杨益;杨盛良;;碳纳米管增强金属基复合材料的研究现状及展望[J];材料导报;2007年S1期

3 王东山;薛向欣;刘然;张淑会;;B_4C/Al复合材料的研究进展及展望[J];材料导报;2007年S1期

4 方针正;林晨光;张小勇;崔舜;楚建新;;新型电子封装用金刚石/金属复合材料的组织性能与应用[J];材料导报;2008年03期

5 秦蜀懿,张国定,王文龙;SiC_p/LD2复合材料低塑性的因素研究[J];材料工程;1998年11期

6 ;Aging Behavior of High Volume Fraction SiC Particles Reinforced 2024Al Composite[J];Journal of Materials Science & Technology;2004年02期

7 王志远,杨留栓;泡沫金属基高阻尼复合材料的研究进展[J];材料开发与应用;2004年03期

8 黄银松,诸培南;金属陶瓷复合材料的主要制备方法[J];粉末冶金技术;1996年04期

9 王俊，黄裕杰，王仕勤，张力宁;SiC颗粒增强锌基复合材料的制备及其性能[J];复合材料学报;1995年01期

10 崔岩;王力锋;任建岳;;航空航天用多功能SiC/Al复合材料研究进展(英文)[J];Chinese Journal of Aeronautics;2008年06期

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1 ;日本研制开发出高强铝基复合材料[J];铝加工;2001年06期

2 白芸,韩恩厚,谭若兵,毕敬;铝基复合材料性能的研究现状[J];材料保护;2003年09期

3 刘卫红,孙大谦,贾树盛,邱小明;非连续增强铝基复合材料连接新工艺[J];沈阳工业大学学报;2003年03期

4 张启胜;浅谈铝基复合材料的研究及应用[J];青海科技;2004年05期

5 吕一中;;铝基复合材料在交通运输工具中的应用[J];北京工业职业技术学院学报;2006年01期

6 钟宇;熊计;赵国忠;王钧;赖人铭;;铝基复合材料的研究现状[J];轻合金加工技术;2008年12期

7 侯丽丽;尹志新;樊新波;;铝基复合材料的研究现状及发展[J];热加工工艺;2008年10期

8 ;新型铝基复合材料填补国内空白[J];铝加工;2008年03期

9 ;首届铝基复合材料技术及应用研讨会征文启事[J];上海有色金属;2008年03期

10 张蜀红;刘炳;;铝基复合材料热处理的研究及发展应用[J];热加工工艺;2009年22期

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1 罗洪峰;符新;李粤;廖宇兰;;新型绿色材料-粉煤灰颗粒增强铝基复合材料[A];2009海峡两岸机械科技论坛论文集[C];2009年

2 彭丽平;王兆松;李剑锋;吕世功;王春;李国卿;;铝基复合材料表面多层复合厚膜的研究[A];TFC’09全国薄膜技术学术研讨会论文摘要集[C];2009年

3 罗洪峰;符新;李粤;廖宇兰;;新型绿色材料-粉煤灰颗粒增强铝基复合材料[A];十三省区市机械工程学会第五届科技论坛论文集[C];2009年

4 朱秀荣;童文俊;费良军;王荣;;陶瓷纤维增强梯度铝基复合材料研究[A];西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年

5 欧阳求保;王文龙;张曾祜;张国定;李瑞祥;;铝基复合材料太阳能桁架部件的研制[A];复合材料的现状与发展——第十一届全国复合材料学术会议论文集[C];2000年

6 陈国钦;孙东立;张强;姜龙涛;武高辉;;冷热循环处理对铝基复合材料热膨胀行为的影响[A];复合材料：生命、环境与高技术——第十二届全国复合材料学术会议论文集[C];2002年

7 佟林松;樊建中;肖伯律;;低热膨胀铝基复合材料的研究进展[A];中国有色金属学会第十二届材料科学与合金加工学术年会论文集[C];2007年

8 丁伟;修子扬;张东华;;5A06铝合金及铝基复合材料薄板的高速撞击行为研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

9 王黎东;费维栋;姚忠凯;;含β-锂霞石颗粒和硼酸铝晶须的铝基复合材料研究[A];复合材料：生命、环境与高技术——第十二届全国复合材料学术会议论文集[C];2002年

10 张文毓;;热喷涂用铝基复合材料的制备工艺[A];第九届全国粉体工程学术会暨相关设备、产品交流会论文专辑[C];2003年

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1 孔祥海 赵秀娟;[N];中国有色金属报;2008年

2 记者史爱萍;[N];中国有色金属报;2009年

3 王迅;[N];中国有色金属报;2004年

4 市科发;[N];镇江日报;2007年

5 北京航空材料研究院高级工程师 桂满昌;[N];科技日报;2001年

6 本报通讯员 吴奕 张明平;[N];科技日报;2013年

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1 王智;非陶瓷不连续体增强铝基复合材料的制备、组织和力学性能研究[D];华南理工大学;2015年

2 刘一雄;Ti颗粒与SiC_p协同增强铝基复合材料组织性能与强化机理研究[D];华南理工大学;2015年

3 刘卫红;铝基复合材料瞬间液相扩散连接[D];吉林大学;2004年

4 许志武;液态钎料与铝基复合材料超声润湿复合机理及其应用研究[D];哈尔滨工业大学;2008年

5 刘崇宇;累积叠轧焊法制备铝基复合材料的研究[D];燕山大学;2013年

6 刘江;搅拌反应合成Al-Fe金属间化合物强化铝基复合材料[D];重庆大学;2003年

7 范国华;添加BaPbO_3颗粒的铝基复合材料的组织性能与高温变形研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

8 杨旭东;均匀分散的碳纳米管增强铝基复合材料的制备与性能[D];天津大学;2012年

9 聂存珠;B_4C颗粒增强Al基复合材料的制备及焊接性研究[D];上海交通大学;2008年

10 寇生中;XD反应合成Al_2O_（3p）-TiC_p/Al复合材料的热力学及动力学过程的研究[D];兰州理工大学;2005年

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1 李艳鹏;氩弧熔化制备TiC_P/Al复合材料中TiC的形成过程及影响因素研究[D];郑州大学;2015年

2 李建新;网状(CNTs+SiCw)/2024Al基复合材料的制备与性能研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

3 高振增;激光沉积制备WC_p/Al复合材料微观组织及增强相调控研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

4 聂希;纳米SiC_p增强7075铝基复合材料半固态触变成形研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

5 方颂;网状(Al_3Zr+Al_2O_(3np))/6061复合材料制备及力学性能[D];哈尔滨工业大学;2015年

6 王兆松;铝基复合材料表面多层膜的研究[D];大连理工大学;2010年

7 丁宇涛;金属间化合物强化铝基复合材料的研究[D];重庆大学;2006年

8 金方杰;铝基复合材料的高温流变行为及加工图研究[D];上海交通大学;2008年

9 特日昆;铸造铝基复合材料热挤压行为的研究[D];上海交通大学;2012年

10 童俊梅;三维镍网增强铝基复合材料摩擦磨损性能研究[D];南昌航空大学;2012年

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