三维五向C f /Al复合材料不同温度下的轴向弯曲变形力学行为
发布时间：2021-07-13 19:20
以三维五向结构编织M40J碳纤维预制体为增强体,ZL301为基体合金,采用真空压力浸渗法制备三维五向Cf/Al复合材料,研究了三维五向Cf/Al复合材料微观组织特征和相组成,分析了轴向弯曲变形力学行为及其弯曲破坏处的宏观形貌。结果表明:轴向纤维分布均匀,编织纱存在少量浸渗缺陷,界面存在脆性Al4C3相,均是影响弯曲力学性能的关键。复合材料轴向弯曲变形力学行为均呈现出显著的非线性特征,复合材料的室温、350℃和400℃变形过程均可划分为弹性变形阶段、弹塑性变形阶段和塑性断裂阶段。
【文章来源】：材料导报. 2020,34(20)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
真空压力浸渗设备示意图
弯曲试样尺寸图
图3a、b分别为三维五向横向、轴向截面微观组织形貌图。从图3a中可以看出,三维五向编织纱存在较多的纤维偏聚,在纤维偏聚中心易出现浸渗微孔,且在纤维偏聚面积较大处出现成片连续的浸渗孔洞。这是由于Cf/Al复合材料浸渗方向是沿轴向的,与编织纱存在20°左右的编织角。铝液在充型过程中,从侧面冲击编织纱,使其部分纱线堆积在一起,较容易产生纤维偏聚;同时,由于熔融态铝合金与碳纤维之间的润湿性较差,在纤维偏聚处极易出现浸渗微孔,甚至形成成片的连续孔洞。从图3b中可以看出,轴向截面相对横向截面的微观组织形貌缺陷少,仅局部存在少量浸渗微孔,纤维束分布均匀,复合材料轴向浸渗效果较好。图4为所制备三维五向Cf/Al复合材料的XRD谱,可以看出,衍射谱由C、Al、Al4C3和Al3Mg2相组成。由于冷却速度不同,当Mg含量大于9%时,ZL301会产生共晶α相(Al)和β相(Al3Mg2);而Al4C3相的产生,充分说明在三维五向Cf/Al复合材料中碳纤维与ZL301基体发生了界面反应,如式(4)所示。如图5所示,从三维五向Cf/Al复合材料界面形貌可以看出,碳纤维与铝基体界面干净、轮廓清晰、纤维与基体之间结合紧密,在界面结合处清晰可见棒状反应产物Al4C3,其由碳纤维向基体合金生长。Al4C3为非均匀形核的脆性相,起初依附于碳纤维表面,向基体铝合金扩散,偏析于界面并降低界面传递载荷的性能。同时,Al4C3相在受力作用下易造成碳纤维表面产生凹陷和缺口[20]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]复合材料层合板冰雹冲击损伤研究[J]. 莫袁鸣,赵振华,罗刚,陈伟,廖光兰. 重庆理工大学学报(自然科学). 2020(03)
[2]保压时间对3D-SiCf/Al复合材料组织及力学性能的影响[J]. 胡银生,尹家新,余欢,徐志锋,谢葵. 特种铸造及有色合金. 2018(10)
[3]碳/芳纶混编三维编织复合材料拉伸性能[J]. 孙颖,刘俊岭,郑园园,陈利,李嘉禄. 纺织学报. 2018(02)
[4]三维编织复合材料研究现状及在航空航天中应用[J]. 王一博,刘振国,胡龙,武哲. 航空制造技术. 2017(19)
[5]三维五向石英/环氧复合材料的热传导性[J]. 焦亚男,李媛琪. 天津工业大学学报. 2017(04)
[6]三维全五向编织复合材料的切边效应[J]. 刘振国,黄祥,亚纪轩,雷冰,李小康,程新. 航空学报. 2017(08)
[7]纤维预热温度对3D-Cf/Al复合材料显微组织及力学性能的影响[J]. 聂明明,徐志锋,徐鹏,余欢,王振军. 中国有色金属学报. 2016(05)
[8]基体合金对连续M40石墨纤维/Al复合材料纤维损伤及断裂机制的影响[J]. 聂明明,徐志锋,余欢,王振军,姚菁. 复合材料学报. 2016(12)
[9]航天器用支架复合材料轻量化研究[J]. 陶积柏,朱大雷,董丰路,黎昱,张玉生,张国旗. 复合材料学报. 2016(05)
[10]三维多向编织复合材料宏细观力学性能有限元分析研究进展[J]. 张超,许希武,许晓静. 复合材料学报. 2015(05)
本文编号：3282650
【文章来源】：材料导报. 2020,34(20)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
真空压力浸渗设备示意图
弯曲试样尺寸图
图3a、b分别为三维五向横向、轴向截面微观组织形貌图。从图3a中可以看出,三维五向编织纱存在较多的纤维偏聚,在纤维偏聚中心易出现浸渗微孔,且在纤维偏聚面积较大处出现成片连续的浸渗孔洞。这是由于Cf/Al复合材料浸渗方向是沿轴向的,与编织纱存在20°左右的编织角。铝液在充型过程中,从侧面冲击编织纱,使其部分纱线堆积在一起,较容易产生纤维偏聚;同时,由于熔融态铝合金与碳纤维之间的润湿性较差,在纤维偏聚处极易出现浸渗微孔,甚至形成成片的连续孔洞。从图3b中可以看出,轴向截面相对横向截面的微观组织形貌缺陷少,仅局部存在少量浸渗微孔,纤维束分布均匀,复合材料轴向浸渗效果较好。图4为所制备三维五向Cf/Al复合材料的XRD谱,可以看出,衍射谱由C、Al、Al4C3和Al3Mg2相组成。由于冷却速度不同,当Mg含量大于9%时,ZL301会产生共晶α相(Al)和β相(Al3Mg2);而Al4C3相的产生,充分说明在三维五向Cf/Al复合材料中碳纤维与ZL301基体发生了界面反应,如式(4)所示。如图5所示,从三维五向Cf/Al复合材料界面形貌可以看出,碳纤维与铝基体界面干净、轮廓清晰、纤维与基体之间结合紧密,在界面结合处清晰可见棒状反应产物Al4C3,其由碳纤维向基体合金生长。Al4C3为非均匀形核的脆性相,起初依附于碳纤维表面,向基体铝合金扩散,偏析于界面并降低界面传递载荷的性能。同时,Al4C3相在受力作用下易造成碳纤维表面产生凹陷和缺口[20]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]复合材料层合板冰雹冲击损伤研究[J]. 莫袁鸣,赵振华,罗刚,陈伟,廖光兰. 重庆理工大学学报(自然科学). 2020(03)
[2]保压时间对3D-SiCf/Al复合材料组织及力学性能的影响[J]. 胡银生,尹家新,余欢,徐志锋,谢葵. 特种铸造及有色合金. 2018(10)
[3]碳/芳纶混编三维编织复合材料拉伸性能[J]. 孙颖,刘俊岭,郑园园,陈利,李嘉禄. 纺织学报. 2018(02)
[4]三维编织复合材料研究现状及在航空航天中应用[J]. 王一博,刘振国,胡龙,武哲. 航空制造技术. 2017(19)
[5]三维五向石英/环氧复合材料的热传导性[J]. 焦亚男,李媛琪. 天津工业大学学报. 2017(04)
[6]三维全五向编织复合材料的切边效应[J]. 刘振国,黄祥,亚纪轩,雷冰,李小康,程新. 航空学报. 2017(08)
[7]纤维预热温度对3D-Cf/Al复合材料显微组织及力学性能的影响[J]. 聂明明,徐志锋,徐鹏,余欢,王振军. 中国有色金属学报. 2016(05)
[8]基体合金对连续M40石墨纤维/Al复合材料纤维损伤及断裂机制的影响[J]. 聂明明,徐志锋,余欢,王振军,姚菁. 复合材料学报. 2016(12)
[9]航天器用支架复合材料轻量化研究[J]. 陶积柏,朱大雷,董丰路,黎昱,张玉生,张国旗. 复合材料学报. 2016(05)
[10]三维多向编织复合材料宏细观力学性能有限元分析研究进展[J]. 张超,许希武,许晓静. 复合材料学报. 2015(05)
本文编号：3282650
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3282650.html
