高能球磨Ti 55 Cu 17.5 Ni 17.5 Al 10 /7075铝基复合材料的制备及其热处理研究
发布时间：2021-08-03 04:37
颗粒增强铝基复合材料具有高比刚度、高比强度、良好的耐磨性、尺寸稳定等优点,在航空、航天、军工和汽车等领域有广泛的应用。目前传统铝基复合材料的研究主要集中于陶瓷颗粒增强体的制备,而陶瓷增强体严重降低了材料的塑性和可加工性。其次传统陶瓷增强体容易与金属基体之间易发生有害界面反应,陶瓷颗粒的引入使得铝基复合材料回收难度增加,严重限制了铝基复合材料的商业化应用。非晶态合金具有高强度、高硬度、耐腐蚀和耐磨等优良性能,与金属基体具有良好的润湿性和热膨胀系数差较小,且研究发现纳米晶增强非晶态合金同样具有高强度、高硬度等优点,甚至塑性比完全非晶态合金有进一步改善。故近年来,利用非晶态合金或纳米晶增强非晶态合金作为铝基复合材料的增强体逐渐引起关注。本文研究了高能球磨对Ti55Cu17.5Ni17.5Al10钛基非晶颗粒增强7075铝基复合粉末的形貌、微观组织和硬度的影响,然后对不同球磨时间复合材料粉末进行热挤压制备出Ti55Cu17.5Ni17.5Al...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
铝基复合材料分类示意图
其具体工艺步骤分为：混粉、预压粉末、除气、粉末致密化等。由于混粉方式的不同，粉末预压成型及随后粉末致密化工艺的不同，粉末冶金工序也不同，整个流程图如图 1-2 所示。粉末冶金制备第一步是粉末的筛分和基体粉末与增强体粉末的均匀混合。混粉方式有：普通干混、湿混和球磨[70]。其中普通干混和湿混容易造成增强体的团聚和分布不均，相比而言球磨是较常用和有效的混粉方式，球磨过程中的冲击、碾压、碰撞等高能作用力可使粉末不断冷焊和破碎，最终形成增强体均匀分布的复合粉末。随后对粉末进行预压成型，主要方式有冷压和冷等静压(CIP)，冷压是最为经济实用的预压成型方法，粉末预压成粗坯，为了后续除气阶段气体的逸出，这些粗坯的密度通常为 70~80%；在热加工前粗坯须经过除气阶段，除气是将粗坯升温至等于或稍高于随后的热压、热加工温度，并保温一段时间，使粗坯中残留的水蒸气、氢气、二氧化碳等充分释放，以避免这些残留的水和气体使材料出现气泡和裂纹。
热压是将粉末或粗坯放入模具中，在真空或惰性气氛中边加压边加热，使烧结和成型同时发生，工艺示意图如图1-3 所示[69]。该工艺可得到致密度高晶粒细小的材料，但热压过程工艺控制复杂、设备造价较高、生产效率低下，从而影响热压工艺的推广[68]。目前通过单向冷压粉末制成粗坯，经除气后，在一定温度以一定挤压比进行热挤压，通过后期的热处理得到最终材料的工艺因其高生产率和低成本受到青睐。这种热挤压工艺高效的将粉末冶金和后续致密化塑性加工结合起来，使粉末在短时高温、高压作用下发生塑性变形。在挤压过程中粉末颗粒除受到三向压应力外，沿挤压方向还承受巨大的剪切力，其表面的氧化膜破碎后进一步增强了相邻粉末间的结合强度，有利于制备组织结构细小、成分偏析小、增强体均匀分布的复合材料。此外这种方法无需烧结，减少了制备工序、降低制备成本[68]。热挤压根据挤压方式不同，可分为如图 1-4 三种方式，其中将粉末装入包套内冷压再热挤压，不仅可以有助于控制挤压工艺，同时可以避免挤压开裂，降低加热过程中的合金氧化。图 1-3 轴向热压工艺的纵截面示意图[69]Fig. 1-3 Cross-sectional view of a uniaxial hot press
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同时效处理对7075高强度铝合金组织性能的影响[J]. 赵兴明,邓厚阳. 热加工工艺. 2017(14)
[2]固溶处理对7075铝合金组织和力学性能的影响[J]. 韩成府,岑少起,路王珂,孙玉福. 特种铸造及有色合金. 2017(02)
[3]7075/SiCp复合材料热处理组织分析[J]. 戴祁临,罗兵辉,柏振海. 铝加工. 2015(01)
[4]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)
[5]碳纳米管增强铝基复合材料研究进展[J]. 王筱峻,杨锐,吴昊,陈名海,李清文. 兵器材料科学与工程. 2013(06)
[6]SiCp粒度对挤压铸造10SiCp/A356复合材料组织和性能的影响[J]. 朱刚,董普云,赵海东. 特种铸造及有色合金. 2013(10)
[7]粉末冶金法制备铝基复合材料的研究[J]. 马国俊,丁雨田,金培鹏,刘国龙. 材料导报. 2013(15)
[8]固溶处理对7075铝合金显微组织与力学性能的影响[J]. 孙才,董立新,刘力菱. 热加工工艺. 2010(24)
[9]碳纳米管增强铜基复合材料的载流摩擦磨损性能研究[J]. 许玮,胡锐,高媛,寇宏超,李金山,傅恒志. 摩擦学学报. 2010(03)
[10]金属基复合材料的现状与发展趋势[J]. 张荻,张国定,李志强. 中国材料进展. 2010(04)
博士论文
[1]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
[2]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]. 王智.华南理工大学 2015
[3]粉末热挤压Al-Zn-Mg-Cu合金的制备工艺及组织性能研究[D]. 王少卿.山东大学 2010
硕士论文
[1]高熵合金增强铝基复合材料的制备及性能研究[D]. 陈奇.华南理工大学 2016
[2]粉末挤压成形SiCp/2024铝基复合材料的显微组织和力学性能[D]. 游江.华南理工大学 2014
[3]高能球磨法制备碳纳米管强化铝基复合材料及其性能研究[D]. 滕龙.昆明理工大学 2014
[4]热处理工艺对7075铝合金组织和力学性能的影响[D]. 赵青.郑州大学 2012
[5]短碳纤维增强铝基复合材料的制备及其性能研究[D]. 孙小岚.东北大学 2011
[6]Ti基纳米复合材料高能球磨制备及选区激光熔化成形技术研究[D]. 李闯.南京航空航天大学 2011
[7]铝合金时效强化工艺的设计与研究[D]. 刘世琪.天津大学 2009
[8]短碳纤维增强A356合金复合材料的研究[D]. 康伟.东北大学 2008
[9]7050铝合金时效强化行为研究[D]. 吴奭登.哈尔滨工业大学 2006
[10]亚微米颗粒增强铝基复合材料的制备、组织与性能研究[D]. 李洪武.中南大学 2004
本文编号：3318945
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
铝基复合材料分类示意图
其具体工艺步骤分为：混粉、预压粉末、除气、粉末致密化等。由于混粉方式的不同，粉末预压成型及随后粉末致密化工艺的不同，粉末冶金工序也不同，整个流程图如图 1-2 所示。粉末冶金制备第一步是粉末的筛分和基体粉末与增强体粉末的均匀混合。混粉方式有：普通干混、湿混和球磨[70]。其中普通干混和湿混容易造成增强体的团聚和分布不均，相比而言球磨是较常用和有效的混粉方式，球磨过程中的冲击、碾压、碰撞等高能作用力可使粉末不断冷焊和破碎，最终形成增强体均匀分布的复合粉末。随后对粉末进行预压成型，主要方式有冷压和冷等静压(CIP)，冷压是最为经济实用的预压成型方法，粉末预压成粗坯，为了后续除气阶段气体的逸出，这些粗坯的密度通常为 70~80%；在热加工前粗坯须经过除气阶段，除气是将粗坯升温至等于或稍高于随后的热压、热加工温度，并保温一段时间，使粗坯中残留的水蒸气、氢气、二氧化碳等充分释放，以避免这些残留的水和气体使材料出现气泡和裂纹。
热压是将粉末或粗坯放入模具中，在真空或惰性气氛中边加压边加热，使烧结和成型同时发生，工艺示意图如图1-3 所示[69]。该工艺可得到致密度高晶粒细小的材料，但热压过程工艺控制复杂、设备造价较高、生产效率低下，从而影响热压工艺的推广[68]。目前通过单向冷压粉末制成粗坯，经除气后，在一定温度以一定挤压比进行热挤压，通过后期的热处理得到最终材料的工艺因其高生产率和低成本受到青睐。这种热挤压工艺高效的将粉末冶金和后续致密化塑性加工结合起来，使粉末在短时高温、高压作用下发生塑性变形。在挤压过程中粉末颗粒除受到三向压应力外，沿挤压方向还承受巨大的剪切力，其表面的氧化膜破碎后进一步增强了相邻粉末间的结合强度，有利于制备组织结构细小、成分偏析小、增强体均匀分布的复合材料。此外这种方法无需烧结，减少了制备工序、降低制备成本[68]。热挤压根据挤压方式不同，可分为如图 1-4 三种方式，其中将粉末装入包套内冷压再热挤压，不仅可以有助于控制挤压工艺，同时可以避免挤压开裂，降低加热过程中的合金氧化。图 1-3 轴向热压工艺的纵截面示意图[69]Fig. 1-3 Cross-sectional view of a uniaxial hot press
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同时效处理对7075高强度铝合金组织性能的影响[J]. 赵兴明,邓厚阳. 热加工工艺. 2017(14)
[2]固溶处理对7075铝合金组织和力学性能的影响[J]. 韩成府,岑少起,路王珂,孙玉福. 特种铸造及有色合金. 2017(02)
[3]7075/SiCp复合材料热处理组织分析[J]. 戴祁临,罗兵辉,柏振海. 铝加工. 2015(01)
[4]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)
[5]碳纳米管增强铝基复合材料研究进展[J]. 王筱峻,杨锐,吴昊,陈名海,李清文. 兵器材料科学与工程. 2013(06)
[6]SiCp粒度对挤压铸造10SiCp/A356复合材料组织和性能的影响[J]. 朱刚,董普云,赵海东. 特种铸造及有色合金. 2013(10)
[7]粉末冶金法制备铝基复合材料的研究[J]. 马国俊,丁雨田,金培鹏,刘国龙. 材料导报. 2013(15)
[8]固溶处理对7075铝合金显微组织与力学性能的影响[J]. 孙才,董立新,刘力菱. 热加工工艺. 2010(24)
[9]碳纳米管增强铜基复合材料的载流摩擦磨损性能研究[J]. 许玮,胡锐,高媛,寇宏超,李金山,傅恒志. 摩擦学学报. 2010(03)
[10]金属基复合材料的现状与发展趋势[J]. 张荻,张国定,李志强. 中国材料进展. 2010(04)
博士论文
[1]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
[2]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]. 王智.华南理工大学 2015
[3]粉末热挤压Al-Zn-Mg-Cu合金的制备工艺及组织性能研究[D]. 王少卿.山东大学 2010
硕士论文
[1]高熵合金增强铝基复合材料的制备及性能研究[D]. 陈奇.华南理工大学 2016
[2]粉末挤压成形SiCp/2024铝基复合材料的显微组织和力学性能[D]. 游江.华南理工大学 2014
[3]高能球磨法制备碳纳米管强化铝基复合材料及其性能研究[D]. 滕龙.昆明理工大学 2014
[4]热处理工艺对7075铝合金组织和力学性能的影响[D]. 赵青.郑州大学 2012
[5]短碳纤维增强铝基复合材料的制备及其性能研究[D]. 孙小岚.东北大学 2011
[6]Ti基纳米复合材料高能球磨制备及选区激光熔化成形技术研究[D]. 李闯.南京航空航天大学 2011
[7]铝合金时效强化工艺的设计与研究[D]. 刘世琪.天津大学 2009
[8]短碳纤维增强A356合金复合材料的研究[D]. 康伟.东北大学 2008
[9]7050铝合金时效强化行为研究[D]. 吴奭登.哈尔滨工业大学 2006
[10]亚微米颗粒增强铝基复合材料的制备、组织与性能研究[D]. 李洪武.中南大学 2004
本文编号：3318945
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