Al 2 O 3p /Al（7075）复合材料的转喷微注制备工艺与组织性能研究
发布时间：2021-01-02 05:00
颗粒增强铝基复合材料作为一种结构性复合材料,它具有轻质高强的特性,主要应用在航空航天、兵工武器、电子元件以及交通运输等领域。目前其主要的制备方法包含有搅拌铸造法、粉末冶金法、原位反应法、喷射共沉积和挤压铸造等。本文在搅拌铸造基础上,研发了转喷微注设备,采用转喷微注法制备了高质量的颗粒增强铝基复合材料。实验以7075铝合金作为金属基体,Al2O3颗粒作为增强体,结合数值模拟技术分析了Al2O3p/Al（7075）复合材料制备过程中的增强相的运动和分布情况,研究不同转喷微注工艺参数下Al2O3p/A1（7075）复合材料的组织变化情况,确定最佳转喷微注工艺参数。研究了在此转喷微注工艺参数下不同含量及形式的Al2O3增强相对Al2O3p/A1（7075）复合材料的组织和力学性能的影响,并对复合材料的增强机制及磨损性能进行了研究。具体内容如下:首次提出了转喷微注法制备复合材料的新工艺,主要思想是将增强相颗粒连续微量的喷射入铝熔体的内部,与此同时通过搅拌使颗粒均匀分布在熔体中。基于此目的制作了转喷微注设备,主要由加热系统、搅拌系统、喷吹系统及搅拌室组成,实现了铝基复合材料的快速制备,并申请了发明...
【文章来源】：太原科技大学山西省
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?２０１５年前金属基复合材料全球市场??Ｆｉｇｌ．ｌ?Ｇｌｏｂａｌ?ｍａｒｋｅｔ?ｏｆ?ｍｅｔａｌ?ｍａｔｒｉｘ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ?ｂｅｆｏｒｅ?２０１５??
已从１１５ｋｇ减少到了?６５ｋｇ，大幅减轻了整车质量，其他国家也有所报道，怛都还处于试??验研宄阶段。ＢＣＣ公司的市场调查显示，随着环境污染的越来越严重＊各大汽车厂商都??开始实行汽车轻量化，节能减排的标准，为复合材料的发展提供了广阔的空间图１．２??是用金属基复含材料制备的火车和汽车零部件。目前一些汽车巨头都瞄准了这一发展趋??势，如东京工业大学、日本科技省所属的科研所、东京大学：ｎ学部等数十多所日本科研??单位都开展了相关的研究，丰田、东邦、东丽、本田等大的公司都在开展对金属基复合??材料的研宄与应用，足见其重视程度。足见其重视程度。??會??图１．２复合材料产品（ａ）汽车制动鼓和制动碟；（ｂ）火车制动器［５３］??Ｆｉｇｕｒｅ．?１．２?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｐｒｏｄｕｃｔ：?（ａ）Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ?ｂｒａｋｅ?ｄｉｓｃ?ａｎｄ?ｂｒａｋｅ?ｄｒｕｍ．；?（ｂ）Ｒｅｔａｉｎｅｒ??在国内，中科院金属所、北京航空航天大学、上海交通大学等单位在７０年代以来??一直在开展金属基复合材料的研究与应用。上海交通大学研制出的铝基复合材料已通过??４??
其在溶液中大的能量的释放，足以将颗粒团分散。Ｘｉａｏｃｈｕｎ?Ｌｉ等人利用超声波技术在??３６５铝合金中成功加入了体积分数为２％的ＳｉＣ纳米颗粒，研宄发现，这种方法能使ＳｉＣ??纳米颗粒在基体中均匀分布，且硬度提高了?２０％。图１．４是复合材料的制备过程。??＂Ｔ?Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ??Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ?ｐｏｗｅｒ?ｓｕｐｐｌｙ??ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ??Ｈｅａｔ?ｊａｃｋｅｔ?－Ｈ?｜｜?ｈＴ??ａｎｄ?ｃｒｕｃｉｂｌｅ?／Ｊ?ｉｉ?■??｜?屋?Ｃｏｎｔｒｏｌ?ｓｙｓｔｅｍ??■°?ｒ?＇ｅｍ：．?ｓｅｎｓｏｒ??Ａｒｇｏｎ?（°?￣Ｈｅａｔ?ｊａｃｋｅｔ??■－Ｊ?ｐｏｗｅｒ?ｓｗｉｔｃｈ??Ｗ??Ｔｏ?ｗａｌｌ?ｏｕｔｌｅｔ??图１．４复合材料制备的装置示意图??Ｆｉｇｕｒｅ．?１．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｄｅｖｉｃｅ?ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．??１．２．３液态金属浸渗法??液态金属戀：渗（Ｌｉｑｕｉｄ?Ｍｅｔａｌ?Ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）是将增强相颗粒冷ＪＳ处理，形成具有一定??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝基复合材料的研究现状及发展[J]. 陈小红,郑兴兴. 中国战略新兴产业. 2017(16)
[2]挤压法制备Al2O3/Al铝基复合材料的组织及性能[J]. 吴瑞瑞,袁铮,李秋书,郭璐,马雁翔. 铸造. 2017(01)
[3]原位合成TiC/Al（7075）复合材料的组织及力学性能[J]. 吴瑞瑞,李秋书,郭璐,马雁翔,王荣峰. 复合材料学报. 2017(06)
[4]铝基复合材料国内外技术水平及应用状况[J]. 张文毓. 航空制造技术. 2015(03)
[5]金属基复合材料发展的挑战与机遇[J]. 武高辉. 复合材料学报. 2014(05)
[6]TiB2/A356铝基复合材料的熔模铸造数值模拟研究（英文）[J]. 张洁,张东启,武鹏伟,王刚,李峰,戴朋龙. 稀有金属材料与工程. 2014(01)
[7]复合材料原位合成技术的研究现状及展望[J]. 吴瑞瑞,王荣峰,赵红乐. 铸造. 2013(08)
[8]A356/SiCp垂直向上吸铸增强颗粒的流动与分布[J]. 孙凤振,赵海东,赵宇,董普云,陈飞帆. 中国有色金属学报. 2013(01)
[9]无压浸渗法制备氧化态SiC颗粒增强铝基复合材料[J]. 张强,姜龙涛,武高辉. 无机材料学报. 2012(04)
[10]SiC纳米颗粒增强A356铸造合金的表征（英文）[J]. Ali MAZAHERY,Mohsen Ostad SHABANI. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2012(02)
博士论文
[1]金刚石增强铝基复合材料界面形成机理及导热性能[D]. 车子璠.北京科技大学 2017
[2]SiCp/A357复合材料半固态搅拌铸造工艺研究[D]. 张桢林.北京科技大学 2017
[3]纳米SiC增强铝基复合材料的粉末冶金法制备及其力学性能[D]. 王治国.吉林大学 2016
[4]SiC纳米线诱发Al基体层错和孪晶的形成机制及其对力学行为的影响[D]. 董蓉桦.哈尔滨工业大学 2016
[5]碳纳米管（CNT）增强铝基复合材料的粉末冶金法制备及其力学性能[D]. 祝先.吉林大学 2016
[6]真空吸渗挤压2D-Cf/Al复合材料及异型件制备研究[D]. 马玉钦.西北工业大学 2016
[7]SiC/Al复合材料微屈服行为与强化机理研究[D]. 王玺.哈尔滨工业大学 2015
[8]水轮机内部非定常湍流的数值模拟研究[D]. 黄剑峰.昆明理工大学 2013
[9]玻璃粒子在半固态铝合金液中搅拌分散过程模拟的研究[D]. 姚瑰妮.昆明理工大学 2012
[10]细观特征对SiCp/Al复合材料力学行为影响的实验及数值研究[D]. 曹东风.武汉理工大学 2011
硕士论文
[1]原位合成SiC纳米颗粒及SiC/Al复合材料的研究[D]. 赵渊博.陕西科技大学 2016
[2]机械搅拌制备SiCp/2014复合材料及搅拌过程中流场的数值模拟[D]. 王启龙.吉林大学 2014
[3]Al2O3增强共晶成分铝锰合金及复合材料滑动摩擦磨损特性[D]. 方佳.新疆大学 2011
[4]基于CFD对结晶器搅拌混合过程的模拟研究[D]. 王鑫.天津理工大学 2011
[5]微/纳米颗粒增强铝基复合材料的制备及性能研究[D]. 李凯.郑州大学 2010
[6]SiCp/ZL109复合材料制备及摩擦磨损性能研究[D]. 许栩达.中南大学 2008
本文编号：2952701
【文章来源】：太原科技大学山西省
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?２０１５年前金属基复合材料全球市场??Ｆｉｇｌ．ｌ?Ｇｌｏｂａｌ?ｍａｒｋｅｔ?ｏｆ?ｍｅｔａｌ?ｍａｔｒｉｘ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ?ｂｅｆｏｒｅ?２０１５??
已从１１５ｋｇ减少到了?６５ｋｇ，大幅减轻了整车质量，其他国家也有所报道，怛都还处于试??验研宄阶段。ＢＣＣ公司的市场调查显示，随着环境污染的越来越严重＊各大汽车厂商都??开始实行汽车轻量化，节能减排的标准，为复合材料的发展提供了广阔的空间图１．２??是用金属基复含材料制备的火车和汽车零部件。目前一些汽车巨头都瞄准了这一发展趋??势，如东京工业大学、日本科技省所属的科研所、东京大学：ｎ学部等数十多所日本科研??单位都开展了相关的研究，丰田、东邦、东丽、本田等大的公司都在开展对金属基复合??材料的研宄与应用，足见其重视程度。足见其重视程度。??會??图１．２复合材料产品（ａ）汽车制动鼓和制动碟；（ｂ）火车制动器［５３］??Ｆｉｇｕｒｅ．?１．２?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｐｒｏｄｕｃｔ：?（ａ）Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ?ｂｒａｋｅ?ｄｉｓｃ?ａｎｄ?ｂｒａｋｅ?ｄｒｕｍ．；?（ｂ）Ｒｅｔａｉｎｅｒ??在国内，中科院金属所、北京航空航天大学、上海交通大学等单位在７０年代以来??一直在开展金属基复合材料的研究与应用。上海交通大学研制出的铝基复合材料已通过??４??
其在溶液中大的能量的释放，足以将颗粒团分散。Ｘｉａｏｃｈｕｎ?Ｌｉ等人利用超声波技术在??３６５铝合金中成功加入了体积分数为２％的ＳｉＣ纳米颗粒，研宄发现，这种方法能使ＳｉＣ??纳米颗粒在基体中均匀分布，且硬度提高了?２０％。图１．４是复合材料的制备过程。??＂Ｔ?Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ??Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ?ｐｏｗｅｒ?ｓｕｐｐｌｙ??ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ??Ｈｅａｔ?ｊａｃｋｅｔ?－Ｈ?｜｜?ｈＴ??ａｎｄ?ｃｒｕｃｉｂｌｅ?／Ｊ?ｉｉ?■??｜?屋?Ｃｏｎｔｒｏｌ?ｓｙｓｔｅｍ??■°?ｒ?＇ｅｍ：．?ｓｅｎｓｏｒ??Ａｒｇｏｎ?（°?￣Ｈｅａｔ?ｊａｃｋｅｔ??■－Ｊ?ｐｏｗｅｒ?ｓｗｉｔｃｈ??Ｗ??Ｔｏ?ｗａｌｌ?ｏｕｔｌｅｔ??图１．４复合材料制备的装置示意图??Ｆｉｇｕｒｅ．?１．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｄｅｖｉｃｅ?ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．??１．２．３液态金属浸渗法??液态金属戀：渗（Ｌｉｑｕｉｄ?Ｍｅｔａｌ?Ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）是将增强相颗粒冷ＪＳ处理，形成具有一定??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝基复合材料的研究现状及发展[J]. 陈小红,郑兴兴. 中国战略新兴产业. 2017(16)
[2]挤压法制备Al2O3/Al铝基复合材料的组织及性能[J]. 吴瑞瑞,袁铮,李秋书,郭璐,马雁翔. 铸造. 2017(01)
[3]原位合成TiC/Al（7075）复合材料的组织及力学性能[J]. 吴瑞瑞,李秋书,郭璐,马雁翔,王荣峰. 复合材料学报. 2017(06)
[4]铝基复合材料国内外技术水平及应用状况[J]. 张文毓. 航空制造技术. 2015(03)
[5]金属基复合材料发展的挑战与机遇[J]. 武高辉. 复合材料学报. 2014(05)
[6]TiB2/A356铝基复合材料的熔模铸造数值模拟研究（英文）[J]. 张洁,张东启,武鹏伟,王刚,李峰,戴朋龙. 稀有金属材料与工程. 2014(01)
[7]复合材料原位合成技术的研究现状及展望[J]. 吴瑞瑞,王荣峰,赵红乐. 铸造. 2013(08)
[8]A356/SiCp垂直向上吸铸增强颗粒的流动与分布[J]. 孙凤振,赵海东,赵宇,董普云,陈飞帆. 中国有色金属学报. 2013(01)
[9]无压浸渗法制备氧化态SiC颗粒增强铝基复合材料[J]. 张强,姜龙涛,武高辉. 无机材料学报. 2012(04)
[10]SiC纳米颗粒增强A356铸造合金的表征（英文）[J]. Ali MAZAHERY,Mohsen Ostad SHABANI. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2012(02)
博士论文
[1]金刚石增强铝基复合材料界面形成机理及导热性能[D]. 车子璠.北京科技大学 2017
[2]SiCp/A357复合材料半固态搅拌铸造工艺研究[D]. 张桢林.北京科技大学 2017
[3]纳米SiC增强铝基复合材料的粉末冶金法制备及其力学性能[D]. 王治国.吉林大学 2016
[4]SiC纳米线诱发Al基体层错和孪晶的形成机制及其对力学行为的影响[D]. 董蓉桦.哈尔滨工业大学 2016
[5]碳纳米管（CNT）增强铝基复合材料的粉末冶金法制备及其力学性能[D]. 祝先.吉林大学 2016
[6]真空吸渗挤压2D-Cf/Al复合材料及异型件制备研究[D]. 马玉钦.西北工业大学 2016
[7]SiC/Al复合材料微屈服行为与强化机理研究[D]. 王玺.哈尔滨工业大学 2015
[8]水轮机内部非定常湍流的数值模拟研究[D]. 黄剑峰.昆明理工大学 2013
[9]玻璃粒子在半固态铝合金液中搅拌分散过程模拟的研究[D]. 姚瑰妮.昆明理工大学 2012
[10]细观特征对SiCp/Al复合材料力学行为影响的实验及数值研究[D]. 曹东风.武汉理工大学 2011
硕士论文
[1]原位合成SiC纳米颗粒及SiC/Al复合材料的研究[D]. 赵渊博.陕西科技大学 2016
[2]机械搅拌制备SiCp/2014复合材料及搅拌过程中流场的数值模拟[D]. 王启龙.吉林大学 2014
[3]Al2O3增强共晶成分铝锰合金及复合材料滑动摩擦磨损特性[D]. 方佳.新疆大学 2011
[4]基于CFD对结晶器搅拌混合过程的模拟研究[D]. 王鑫.天津理工大学 2011
[5]微/纳米颗粒增强铝基复合材料的制备及性能研究[D]. 李凯.郑州大学 2010
[6]SiCp/ZL109复合材料制备及摩擦磨损性能研究[D]. 许栩达.中南大学 2008
本文编号：2952701
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