铝—氮化硼—碳化硅复合材料的成形研究

发布时间：2017-09-05 11:21

  本文关键词：铝—氮化硼—碳化硅复合材料的成形研究

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【摘要】：摘要：铝-氮化硼-碳化硅是集合了高温润滑性、耐磨性和高导热导电性为一体的新型铝基复合材料。在铝-石墨材料的基础上以氮化硼代替石墨,提高铝合金在高温工作环境中的润滑性能,通过碳化硅颗粒的添加提高材料的耐磨性。针对颗粒增强铝基复合材料在制备过程中遇到的颗粒分散不均匀,制备成本高,工艺复杂等问题,本课题基于半固态成形技术,采用自主设计的机械搅拌装置制备铝-氮化硼-碳化硅半固态浆料并进行铸造,制备出各组分均匀分布的铝-氮化硼-碳化硅复合材料。主要研究内容如下：(1)制取铝-氮化硼-碳化硅半固态浆料,建立固相率与搅拌温度之间的关系模型;(2)采用单叶片层机械搅拌装置进行铝-氮化硼-碳化硅半固态浆料的制备,研究桨叶角度与外加颗粒分布之间的关系；(3)为加大搅拌力度,增强交互紊流作用,采用双叶片层机械搅拌装置进行铝-氮化硼-碳化硅半固态浆料的制备,利用CFD技术对流体在不同搅拌条件下的流场进行数值模拟,研究搅拌条件改变对流体运动的影响,为实验设定提供依据；(4)研究双叶片层机械搅拌条件下,桨叶角度与外加颗粒分布之间的关系,确定使外加颗粒均匀分布的搅拌条件；(5)进行铝-氮化硼-碳化硅半固态浆料的常规铸造。建立固相率与铸锭中氮化硼和碳化硅颗粒分布的关系模型,确定实现氮化硼和碳化硅颗粒在铸锭中均匀分布的条件。
【关键词】：铝-氮化硼-碳化硅 机械搅拌 CFD 半固态 铸造
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB333
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-22
• 1.1 铝-氮化硼-碳化硅复合材料简介11-12
• 1.1.1 铝-氮化硼-碳化硅复合材料的性能概况11-12
• 1.1.2 铝-氮化硼-碳化硅复合材料的应用及发展前景12
• 1.2 铝基复合材料的成形方法与理论12-18
• 1.2.1 常规成形方法及理论12-14
• 1.2.2 半固态成形法14-16
• 1.2.3 半固态成形基本理论16-18
• 1.3 CFD技术的发展与应用18-20
• 1.3.1 CFD技术简介18-19
• 1.3.2 CFD在搅拌装置内流场模拟的应用19-20
• 1.4 课题的研究背景与主要内容20-22
• 2 单叶片层机械搅拌制备铝-氮化硼-碳化硅半固态浆料22-37
• 2.1 半固态浆料制备方法22-27
• 2.1.1 电磁搅拌法23-24
• 2.1.2 机械搅拌法24-25
• 2.1.3 其他搅拌法25-27
• 2.2 铝-氮化硼-碳化硅半固态浆料的制备27-28
• 2.2.1 铝-氮化硼-碳化硅半固态浆料制备的核心问题27-28
• 2.2.2 机械搅拌原理28
• 2.3 单叶片层机械搅拌实验28-31
• 2.3.1 实验材料28-29
• 2.3.2 实验装置29-30
• 2.3.3 实验步骤30-31
• 2.4 单叶片层搅拌实验内容与结果31-35
• 2.4.1 半固态浆料的固相率与搅拌条件之间的关系31-33
• 2.4.2 搅拌条件与外加颗粒分布之间的关系33-35
• 2.5 本章小结35-37
• 3 双叶片层机械搅拌制备铝-氮化硼-碳化硅半固态浆料37-54
• 3.1 机械搅拌机理37-41
• 3.1.1 CFD理论基础37-39
• 3.1.2 数值模拟手段39
• 3.1.3 三维建模和网格划分39-40
• 3.1.4 数值模拟计算求解40-41
• 3.2 数值模拟结果分析41-48
• 3.2.1 宏观流场分布42-45
• 3.2.2 时均速度分布图45-48
• 3.3 双叶片层搅拌实验48-50
• 3.3.1 实验装置48-49
• 3.3.2 实验步骤49-50
• 3.4 双叶片层搅拌搅拌的实验内容与结果50-53
• 3.4.1 桨叶角度与外加氮化硼颗粒分布之间的关系50-51
• 3.4.2 桨叶角度与外加碳化硅颗粒分布之间的关系51-53
• 3.5 本章小结53-54
• 4 铝-氮化硼-碳化硅半固态浆料的铸造研究54-63
• 4.1 铸造实验54-56
• 4.1.1 实验设备54-56
• 4.1.2 实验步骤56
• 4.2 固相率对外加外加颗粒分布的影响56-59
• 4.2.1 固相率对氮化硼分布的影响56-58
• 4.2.2 固相率对外加碳化硅颗粒分布的影响58-59
• 4.3 铝-氮化硼-碳化硅常规铸锭的均匀组织59-61
• 4.4 本章小结61-63
• 5 结论63-65
• 参考文献65-68
• 作者简历68-70
• 学位论文数据集70

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