铝基复合材料中颗粒偏聚缺陷的超声检测与性能研究
发布时间：2021-06-13 23:48
颗粒增强铝基复合材料性能优良,批量生产成本低,生产工艺简单,具有高塑性、高韧性、高硬度和高模量等优良特性。经过多年的发展,已经成为了航空航天、国防军事等高新技术领域中不可或缺的轻量化功能材料和结构材料。但由于制备工艺的不完善,以及第二相粒子的加入,颗粒增强铝基复合材料制品中容易出现颗粒分布不均匀的缺陷,这对材料的性能产生了严重影响,限制了颗粒增强铝基复合材料的使用。本论文针对颗粒增强铝基复合材料中容易出现的颗粒偏聚缺陷,利用超声波在不连续面会发生反射、散射和透射的特性,初步建立超声波信息和材料组织之间的相互关系,并研究了缺陷对复合材料性能的影响。为了探讨不同体积分数的SiC对性能的影响,在15%SiCp/2009Al和60%SiCp/2009Al复合材料中引入了预先制备好的不同体积分数的SiCp/Al复合材料试样,模拟SiC偏聚缺陷。使用超声无损检测对粉末冶金法制备的含缺陷的15%SiCp/2009A1和60%SiCp/2009Al复合材料试样进行超声无损探伤。同时模拟了不同形状和不同尺寸的SiC偏聚缺陷对性能的影响。通过超声无损检测技术对粉末冶金法制备的含缺陷的15%SiCp/200...
【文章来源】：北京有色金属研究总院北京市
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２挤压铸造工艺示意图??（ａ）直接法；（ｂ）间接法??
?１绪论???（ａ）Ｉ?Ａｌ－Ｍｇ＾ｔｔ？Ｔｌ?１?Ｓｉｃ，ｌｉ？？ｔｔｇ?１?⑶??：半面态１?度热电偶??｜Ｙ？———加Ｓｉｃ；装ｓ??ｉ?４－＾艺参ｆｔ优化ｊ?＊?｜．??Ｗ－?，｜?＞??［，产注］?、?｜ｕ?／?—炉体??Ｉ?液面—°——０??ＢＥ力ｉｔｆｆｉ?￣￣１?〇??〇—搅拌装＊??广Ｔ＾￣￣热挤压?０?可一石阶板??Ｌ合材ｇｊ?〇?－?－?〇—?＊应线《??图１．３搅拌铸造制备复合材料示意图??（ａ）工艺流程图；（ｂ）装置示意图??１．１．１．３液态金属浸渗法??液态金属浸渗法根据所需的不同体积分数的铝基复合材料选择在真空或者是加??压的状态，分为压力浸渗和真空浸渗。将熔融态基体浸渗到增强体预制件里，然后??将浸渗完成的试样，使用冷压技术压制成预设的试样形状，等到冷却凝固后即可以??获得所需的复合材料［２６，２８］。这种方法的主要优势是：可以得到增强相的体积分数较??高且其颗粒分散较为均匀的颗粒增强铝基复合材料。与此同时可最大限度的避免增??强体与基体发生不浸润现象。而且熔融态的金属的温度能够较快的降低到增强体间??反应所需温度以下，增强体间的界面无法产生反应，有利于复合材料性能的提升。??最后该方法使用的生产设备虽然简单，但能以较低的投入制造传统工艺难以制备的??复杂零件［９，１６］。但是该方法难以制备有某些特殊要求的预制件，例如孔隙等。而且自??然条件下的浸渗所得到的复合材料存在较多的气孔与疏松等缺陷，这会对复合材料??的性能产生极大影响。如果采用压力浸渗，整个过程中的压力大小难以掌握，超过??限额的压力会导致预制件被破坏，而压力不足时可能会存在较
绪论???熔駿??窝＇?Ｗ?－?ｆｔ）??粉束雾化?组分闪配?粉米滙合??ＣＴＴＴＴＴＴＴＴＴ＾＾Ｈ?＿?＾??：７＾節班＿?暴??ＥＥＥＥ＃?暴暴暴??挤乐?ＩＢ?ｆ（：＝＝?ＪＴ??ＩＳｉｉｉｉｌ?－固自ｌ＿?＿??一?ｓ＿＿?—?：?ｉｉｉ＿?＿??麻造?丨搿ｉｆｉ搿Ｉｆｉｉｆ丨?＿?：：Ｈ！ＨＨ：：Ｈ：？?＾??赢?祕■班班芘：??，?ｌｌＨＲｍｒｎｉ?ｓｉＨｉｉａｉｉｉｕｉｉｔｉ?＾??＾ｒｎｒ??热ＪＫ?冷等静乐??札明??图１．４粉末冶金制备ＳｉＣ／Ａｌ复合材料??粉末冶金法的优点是该方法所选的基体粉末和增强体颗粒粉末之间可以按照任??意的比例进行混合，而且能够较为准确的对配比进行控制；其次，到目前为止，粉??末冶金法的工艺己经发展的较为成熟，烧结所需要的温度较低，极大的减小了界面??反应发生的可能性，最终制得的复合材料相比其他方法制得的产品具有更加优良的??性能与更加稳定的性能指标。采用粉末冶金工艺制备的１５％－２５％的ＳｉＣｐ／Ａｌ复合材??料常被用在航空结构件上。相比于传统材料的力学性能，粉末冶金工艺制备的??ＳｉＣｐ／Ａｌ复合材料在保持着优秀的延伸率的基础上，有着更为优秀的强度与模量。因??此，国内外的公司大都选择使用粉末冶金法来大规模生产颗粒增强铝基复合材料。??但是粉末冶金法所需的工艺及设备较为复杂，有些原料粉末更是难以制备，生产成??本相对较高；并且这种方法制备的材料内部极易出现气孔和偏析，这些缺陷的出现??降低了产品的致密度，为了提高产品的性能，需要对部分材料进行二次加工；而且，??设备的大小极大程度的限制了产品的体积，所以使用粉末冶金法难以制
【参考文献】：
期刊论文
[1]超声波法金属应力检测技术的研究[J]. 林睿,许小蓓. 无损探伤. 2018(04)
[2]非线性超声检测技术在T700型碳纤维复合材料早期力学性能测试方面的应用[J]. 李伟,黄远航,刘鑫,蒋鹏,马云栋,孙贺. 理化检验(物理分册). 2018(07)
[3]选区激光熔化成形碳化硅颗粒增强铝基复合材料研究现状及航空航天应用[J]. 周岩,张冬云,王卫东,李泠杉. 航空制造技术. 2018(10)
[4]铝基复合材料的研究进展[J]. 马安博. 化学与黏合. 2018(02)
[5]钢结构无损检测中的超声探伤的应用[J]. 崔建平,刘凯. 中外企业家. 2018(05)
[6]微波常压烧结制备SiC颗粒增强Al基复合材料研究[J]. 周博,周俊文,许磊,张利波,刘秉国. 矿冶. 2017(06)
[7]等温锻造对碳化硅颗粒增强铝基复合材料断裂韧性的影响[J]. 魏少华,聂俊辉,刘彦强,左涛,郝心想,马自力,樊建中. 稀有金属材料与工程. 2017(11)
[8]铁路客车车轮自动在线超声探伤技术研究[J]. 刘晓霞,杨兴祥,毕超,王斌. 铁道技术监督. 2017(11)
[9]颗粒增强铝基复合材料的研究现状[J]. 杨佳,曹风江,谭建波. 铸造设备与工艺. 2017(05)
[10]航空用粉末冶金颗粒增强铝基复合材料研制及应用[J]. 聂俊辉,樊建中,魏少华,刘彦强. 航空制造技术. 2017(16)
博士论文
[1]快速自发浸渗法制备铝基复合材料及其反应和浸渗机理研究[D]. 张静静.山东大学 2014
[2]基于时频分析的粗晶材料超声检测技术与系统[D]. 张秀峰.清华大学 2005
硕士论文
[1]奥氏体不锈钢组织超声无损评价研究[D]. 张颜艳.南昌航空大学 2010
[2]金属薄片及低碳钢球化组织弹性模量的超声无损表征与评价[D]. 付千发.大连理工大学 2009
[3]材料超声无损评价信号处理与分析系统[D]. 张雅静.大连理工大学 2009
本文编号：3228598
【文章来源】：北京有色金属研究总院北京市
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２挤压铸造工艺示意图??（ａ）直接法；（ｂ）间接法??
?１绪论???（ａ）Ｉ?Ａｌ－Ｍｇ＾ｔｔ？Ｔｌ?１?Ｓｉｃ，ｌｉ？？ｔｔｇ?１?⑶??：半面态１?度热电偶??｜Ｙ？———加Ｓｉｃ；装ｓ??ｉ?４－＾艺参ｆｔ优化ｊ?＊?｜．??Ｗ－?，｜?＞??［，产注］?、?｜ｕ?／?—炉体??Ｉ?液面—°——０??ＢＥ力ｉｔｆｆｉ?￣￣１?〇??〇—搅拌装＊??广Ｔ＾￣￣热挤压?０?可一石阶板??Ｌ合材ｇｊ?〇?－?－?〇—?＊应线《??图１．３搅拌铸造制备复合材料示意图??（ａ）工艺流程图；（ｂ）装置示意图??１．１．１．３液态金属浸渗法??液态金属浸渗法根据所需的不同体积分数的铝基复合材料选择在真空或者是加??压的状态，分为压力浸渗和真空浸渗。将熔融态基体浸渗到增强体预制件里，然后??将浸渗完成的试样，使用冷压技术压制成预设的试样形状，等到冷却凝固后即可以??获得所需的复合材料［２６，２８］。这种方法的主要优势是：可以得到增强相的体积分数较??高且其颗粒分散较为均匀的颗粒增强铝基复合材料。与此同时可最大限度的避免增??强体与基体发生不浸润现象。而且熔融态的金属的温度能够较快的降低到增强体间??反应所需温度以下，增强体间的界面无法产生反应，有利于复合材料性能的提升。??最后该方法使用的生产设备虽然简单，但能以较低的投入制造传统工艺难以制备的??复杂零件［９，１６］。但是该方法难以制备有某些特殊要求的预制件，例如孔隙等。而且自??然条件下的浸渗所得到的复合材料存在较多的气孔与疏松等缺陷，这会对复合材料??的性能产生极大影响。如果采用压力浸渗，整个过程中的压力大小难以掌握，超过??限额的压力会导致预制件被破坏，而压力不足时可能会存在较
绪论???熔駿??窝＇?Ｗ?－?ｆｔ）??粉束雾化?组分闪配?粉米滙合??ＣＴＴＴＴＴＴＴＴＴ＾＾Ｈ?＿?＾??：７＾節班＿?暴??ＥＥＥＥ＃?暴暴暴??挤乐?ＩＢ?ｆ（：＝＝?ＪＴ??ＩＳｉｉｉｉｌ?－固自ｌ＿?＿??一?ｓ＿＿?—?：?ｉｉｉ＿?＿??麻造?丨搿ｉｆｉ搿Ｉｆｉｉｆ丨?＿?：：Ｈ！ＨＨ：：Ｈ：？?＾??赢?祕■班班芘：??，?ｌｌＨＲｍｒｎｉ?ｓｉＨｉｉａｉｉｉｕｉｉｔｉ?＾??＾ｒｎｒ??热ＪＫ?冷等静乐??札明??图１．４粉末冶金制备ＳｉＣ／Ａｌ复合材料??粉末冶金法的优点是该方法所选的基体粉末和增强体颗粒粉末之间可以按照任??意的比例进行混合，而且能够较为准确的对配比进行控制；其次，到目前为止，粉??末冶金法的工艺己经发展的较为成熟，烧结所需要的温度较低，极大的减小了界面??反应发生的可能性，最终制得的复合材料相比其他方法制得的产品具有更加优良的??性能与更加稳定的性能指标。采用粉末冶金工艺制备的１５％－２５％的ＳｉＣｐ／Ａｌ复合材??料常被用在航空结构件上。相比于传统材料的力学性能，粉末冶金工艺制备的??ＳｉＣｐ／Ａｌ复合材料在保持着优秀的延伸率的基础上，有着更为优秀的强度与模量。因??此，国内外的公司大都选择使用粉末冶金法来大规模生产颗粒增强铝基复合材料。??但是粉末冶金法所需的工艺及设备较为复杂，有些原料粉末更是难以制备，生产成??本相对较高；并且这种方法制备的材料内部极易出现气孔和偏析，这些缺陷的出现??降低了产品的致密度，为了提高产品的性能，需要对部分材料进行二次加工；而且，??设备的大小极大程度的限制了产品的体积，所以使用粉末冶金法难以制
【参考文献】：
期刊论文
[1]超声波法金属应力检测技术的研究[J]. 林睿,许小蓓. 无损探伤. 2018(04)
[2]非线性超声检测技术在T700型碳纤维复合材料早期力学性能测试方面的应用[J]. 李伟,黄远航,刘鑫,蒋鹏,马云栋,孙贺. 理化检验(物理分册). 2018(07)
[3]选区激光熔化成形碳化硅颗粒增强铝基复合材料研究现状及航空航天应用[J]. 周岩,张冬云,王卫东,李泠杉. 航空制造技术. 2018(10)
[4]铝基复合材料的研究进展[J]. 马安博. 化学与黏合. 2018(02)
[5]钢结构无损检测中的超声探伤的应用[J]. 崔建平,刘凯. 中外企业家. 2018(05)
[6]微波常压烧结制备SiC颗粒增强Al基复合材料研究[J]. 周博,周俊文,许磊,张利波,刘秉国. 矿冶. 2017(06)
[7]等温锻造对碳化硅颗粒增强铝基复合材料断裂韧性的影响[J]. 魏少华,聂俊辉,刘彦强,左涛,郝心想,马自力,樊建中. 稀有金属材料与工程. 2017(11)
[8]铁路客车车轮自动在线超声探伤技术研究[J]. 刘晓霞,杨兴祥,毕超,王斌. 铁道技术监督. 2017(11)
[9]颗粒增强铝基复合材料的研究现状[J]. 杨佳,曹风江,谭建波. 铸造设备与工艺. 2017(05)
[10]航空用粉末冶金颗粒增强铝基复合材料研制及应用[J]. 聂俊辉,樊建中,魏少华,刘彦强. 航空制造技术. 2017(16)
博士论文
[1]快速自发浸渗法制备铝基复合材料及其反应和浸渗机理研究[D]. 张静静.山东大学 2014
[2]基于时频分析的粗晶材料超声检测技术与系统[D]. 张秀峰.清华大学 2005
硕士论文
[1]奥氏体不锈钢组织超声无损评价研究[D]. 张颜艳.南昌航空大学 2010
[2]金属薄片及低碳钢球化组织弹性模量的超声无损表征与评价[D]. 付千发.大连理工大学 2009
[3]材料超声无损评价信号处理与分析系统[D]. 张雅静.大连理工大学 2009
本文编号：3228598
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