CNTs/Mg-Li复合材料往复挤压制备工艺及组织性能研究
发布时间：2021-01-08 16:40
随着航空航天、3C工业领域的快速发展,对于轻量化结构材料的需求日益紧迫,现有的轻量化结构材料已逐渐不能满足相关领域的发展需求。镁锂合金作为现在最轻的结构材料,在轻量化应用领域具有广阔前景,但是镁锂合金低强度低模量的缺点严重限制了其在相关领域的应用。本文通过改进的箔冶金法制备了CNTs/Mg-Li复合材料,研究复合材料组织性能,并通过DEFROM-3D模拟基体合金LA103Z往复挤压过程。本文采用50μm Mg-10Li-3Al-3Zn（LA103Z）合金箔和碳纳米管（CNTs）依次通过碳纳米管预处理、喷涂沉积、热压、往复挤压、热挤压工艺成功制备出了CNTs/Mg-Li复合材料。碳纳米管酸洗在其表面引入羟基、羧基等官能团,提高碳纳米管分散均匀性;在喷涂沉积过程中,0.5g/L的碳纳米管分散液浓度可以实现良好的碳纳米管均匀沉积效果,碳纳米管以层状堆叠的形式沉积在LA103Z合金箔上。通过本文所述方法制备出的CNTs/Mg-Li复合材料强度和弹性模量均得到了提升。碳纳米管含量分别为1wt.%、2wt.%、4wt.%复合材料抗拉强度分别提升到270MPa、289MPa、273MPa;相较于LA...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Mg-8Li-3(Al-Si)合金中条状α相与基体β相[11]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-图1-2三种Mg-xLi-3(Al-Si)合金应力-应变曲线和力学性能直方图[11](a)应力-应变曲线；(b)力学性能直方图1.2.2镁锂合金合金化原理镁锂合金是最轻的结构材料，但是单纯的二元镁锂合金强度差，因此必须添加其他合金元素来改善镁锂合金性能[12]。通过添加铝、锌、稀土等元素来改善镁锂合金性能。这些合金元素存在不同的强化机制。（1）Al元素Cao等[12]制备了Mg-7.28Li-2.19Al-0.091Y合金，研究了热处理和变形处理对合金的组织变化的影响；通过图1-3可以发现，合金在均质和冷轧处理后，合金中主要存在α-Mg、β-Li固溶体及MgLi2Al、Al2Y和AlLi金属间化合物；但是完成退火处理后，AlLi金属间化合物的特征峰消失，表明AlLi金属间化合物退火时溶解在了β-Li中；通过图1-4所示的TEM图片可以观察到球形析出相AlLi，以及MgLi2Al、Al2Y相。通过上述研究可以发现，Al元素加入到镁锂合金中后，存在方式有所不同；大部分情况下，Al会与合金中的Mg、Li、Y等其他元素作用生成第二相，进而通过第二相强化来改善合金性能。除此之外，Al元素还会以固溶的方式存在于镁锂合金中，通过固溶强化的方式来达到改善合金性能的目的。Zhao等[13]通过向Mg-12Li合金中添加Al-Si合金，研究Al-Si的加入对镁锂合金性能及组织的影响；通过对合金组织观察发现，单纯的二元Mg-12Li合金中为β-Li相，随着Al-Si的加入，合金中生成了Mg2Si相，同时Al元素在合金中出现了固溶强化现象；随着Al-Si的进一步加入，合金中出现了AlLi相，Al除固溶强化外，还存在着第二相强化；在Mg-12Li合金中加入约3%-7%的Al-Si共晶合金后，合金中形成了大量的Mg2Si和AlLi增强相。上述研究表明Al、Si元素的加入主要通过第二相强化以及固溶强化等机理来强化镁锂合金，达
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-图1-3在不同阶段处理的Mg-7.28Li-2.19Al-0.091Y合金试样XRD图谱[12](a)均质试样；(b)冷轧试样；(c)退火试样；(d)MgLi2Al相沉淀在晶粒内，该晶粒在350℃下退火2h图1-4Mg-7.28Li-2.19Al-0.091Y合金冷轧试样中析出相的TEM图像和EDS分析[12](a)AlLi相；(b)MgLi2Al相；(c)Al2Y相；(d)Al2Y相的EDS分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]Li含量对Mg-xLi-3（Al-Si）合金显微组织和力学性能的影响（英文）[J]. 张诚,吴量,赵子龙,谢治辉,黄光胜,刘磊,蒋斌,Andrej ATRENS,潘复生. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2019(12)
[2]高性能碳纳米管增强AZ91D镁基复合材料的制备（英文）[J]. 袁秋红,付东明,曾效舒,刘勇. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2017(08)
博士论文
[1]纳米Al2O3p/2024铝基复合材料的制备及往复镦—挤变形研究[D]. 苏海.湖南大学 2012
硕士论文
[1]高合金含量Mg-Al-Ca镁合金的显微组织与力学性能的研究[D]. 潘康.哈尔滨工业大学 2019
[2]CNTs/Mg微纳米层状镁基复合材料制备与组织性能研究[D]. 宋正祥.哈尔滨工业大学 2019
[3]镁粉末坯往复挤—镦固相再生工艺的研究[D]. 王金海.湖南大学 2013
本文编号：2964940
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Mg-8Li-3(Al-Si)合金中条状α相与基体β相[11]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-图1-2三种Mg-xLi-3(Al-Si)合金应力-应变曲线和力学性能直方图[11](a)应力-应变曲线；(b)力学性能直方图1.2.2镁锂合金合金化原理镁锂合金是最轻的结构材料，但是单纯的二元镁锂合金强度差，因此必须添加其他合金元素来改善镁锂合金性能[12]。通过添加铝、锌、稀土等元素来改善镁锂合金性能。这些合金元素存在不同的强化机制。（1）Al元素Cao等[12]制备了Mg-7.28Li-2.19Al-0.091Y合金，研究了热处理和变形处理对合金的组织变化的影响；通过图1-3可以发现，合金在均质和冷轧处理后，合金中主要存在α-Mg、β-Li固溶体及MgLi2Al、Al2Y和AlLi金属间化合物；但是完成退火处理后，AlLi金属间化合物的特征峰消失，表明AlLi金属间化合物退火时溶解在了β-Li中；通过图1-4所示的TEM图片可以观察到球形析出相AlLi，以及MgLi2Al、Al2Y相。通过上述研究可以发现，Al元素加入到镁锂合金中后，存在方式有所不同；大部分情况下，Al会与合金中的Mg、Li、Y等其他元素作用生成第二相，进而通过第二相强化来改善合金性能。除此之外，Al元素还会以固溶的方式存在于镁锂合金中，通过固溶强化的方式来达到改善合金性能的目的。Zhao等[13]通过向Mg-12Li合金中添加Al-Si合金，研究Al-Si的加入对镁锂合金性能及组织的影响；通过对合金组织观察发现，单纯的二元Mg-12Li合金中为β-Li相，随着Al-Si的加入，合金中生成了Mg2Si相，同时Al元素在合金中出现了固溶强化现象；随着Al-Si的进一步加入，合金中出现了AlLi相，Al除固溶强化外，还存在着第二相强化；在Mg-12Li合金中加入约3%-7%的Al-Si共晶合金后，合金中形成了大量的Mg2Si和AlLi增强相。上述研究表明Al、Si元素的加入主要通过第二相强化以及固溶强化等机理来强化镁锂合金，达
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-图1-3在不同阶段处理的Mg-7.28Li-2.19Al-0.091Y合金试样XRD图谱[12](a)均质试样；(b)冷轧试样；(c)退火试样；(d)MgLi2Al相沉淀在晶粒内，该晶粒在350℃下退火2h图1-4Mg-7.28Li-2.19Al-0.091Y合金冷轧试样中析出相的TEM图像和EDS分析[12](a)AlLi相；(b)MgLi2Al相；(c)Al2Y相；(d)Al2Y相的EDS分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]Li含量对Mg-xLi-3（Al-Si）合金显微组织和力学性能的影响（英文）[J]. 张诚,吴量,赵子龙,谢治辉,黄光胜,刘磊,蒋斌,Andrej ATRENS,潘复生. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2019(12)
[2]高性能碳纳米管增强AZ91D镁基复合材料的制备（英文）[J]. 袁秋红,付东明,曾效舒,刘勇. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2017(08)
博士论文
[1]纳米Al2O3p/2024铝基复合材料的制备及往复镦—挤变形研究[D]. 苏海.湖南大学 2012
硕士论文
[1]高合金含量Mg-Al-Ca镁合金的显微组织与力学性能的研究[D]. 潘康.哈尔滨工业大学 2019
[2]CNTs/Mg微纳米层状镁基复合材料制备与组织性能研究[D]. 宋正祥.哈尔滨工业大学 2019
[3]镁粉末坯往复挤—镦固相再生工艺的研究[D]. 王金海.湖南大学 2013
本文编号：2964940
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