铝基碳化硅表面复合材料制备研究
本文关键词:铝基碳化硅表面复合材料制备研究
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【摘要】:铝合金具有良好的塑韧性及高延展性,但因其硬度低且耐磨性能较差,这限制了其在汽车、航空航天中的应用。颗粒增强铝基复合材料虽然能提高复合材料的硬度及耐磨性能,但陶瓷颗粒的加入导致铝合金的塑韧性及延展性的降低。在铝合金的实际应用中,摩擦磨损主要发生在材料表面,因此采用将陶瓷颗粒加入铝合金表面的方式,制备出耐磨性能高、延展性及塑韧性好的颗粒增强铝基复合材料。为了探索制备铝基碳化硅表面复合材料的新方法,分别采用搅拌摩擦加工、激光+搅拌摩擦加工、激光-TIG+搅拌摩擦加工、TIG+搅拌摩擦加工的方式制备铝基碳化硅表面复合材料。本文以微米级SiC颗粒作为增强相,以6061铝合金作为基体材料,采用四种方法制备铝基碳化硅表面复合材料,并对复合材料表面层的微观组织、物相组成、物相分布及硬度进行了分析研究。通过对6mm厚6061铝合金进行搅拌摩擦加工,确定了最佳工艺参数为:搅拌头旋转速度950rpm,焊接速度30mm/min,轴肩下压量0.1mm。其中,搅拌六道次制备的复合材料表面层的物相分布均匀,但出现了基体与SiC结合性不好的问题。激光熔覆时的能量较小,生成针状且尺寸较小的脆性相A14C3;激光-TIG及TIG熔覆时的能量较大,生成A14C3及针状且尺寸较大的Al4SiC4脆性相。搅拌摩擦加工不仅能消除铝合金原有的孔洞、前期焊接的气孔缺陷,且能实现A14C3及Al4SiC4脆性相的碎裂,碎裂硅块、钝化尖角部分,同时将碎裂的物相与SiC均匀混合的分布于熔覆层中,获得纹理细密、无明显缺陷的熔覆层表面。激光+FSP搅拌两道次制备的复合材料表面层的物相出现少量聚集;激光-TIG+FSP搅拌六道次及TIG+FSP搅拌六道次制备的复合材料表面层的物相分布均匀,无明显聚集,这两种方法制备的复合材料表面层无明显差别。上述三种方法制备的熔覆层显微硬度较母材提高约22%且均呈“W”分布。
【关键词】:铝基表面复合材料 搅拌摩擦加工 表面熔覆 显微组织 显微硬度
【学位授予单位】:合肥工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TB333
【目录】:
- 致谢7-8
- 摘要8-9
- ABSTRACT9-17
- 第一章 绪论17-27
- 1.1 课题研究背景及意义17-18
- 1.2 传统的铝基复合材料加工方法18-19
- 1.2.1 搅拌铸造法18-19
- 1.2.3 粉末冶金法19
- 1.3 颗粒增强表面复合材料的制备方法19-22
- 1.3.0 喷射沉积法20
- 1.3.1 激光熔覆20-21
- 1.3.2 堆焊21
- 1.3.3 气相沉积21
- 1.3.4 热喷涂21-22
- 1.3.5 冷喷涂22
- 1.4 搅拌摩擦加工技术22-25
- 1.4.1 加工原理22-23
- 1.4.2 研究现状23-25
- 1.5 激光焊接技术25-26
- 1.5.1 加工原理25
- 1.5.2 研究现状25-26
- 1.6 本文主要研究内容26-27
- 第二章 实验材料及设备27-34
- 2.1 实验材料27
- 2.2 实验设备27-31
- 2.2.1 搅拌摩擦焊设备28-29
- 2.2.2 激光焊接设备29-30
- 2.2.3 TIG焊接设备30-31
- 2.3 试验准备31-32
- 2.3.1 激光熔覆及TIG熔覆前准备32
- 2.3.2 搅拌摩擦焊焊前准备32
- 2.4 实验方法32-33
- 2.4.1 金相制备32
- 2.4.2 金相试验32
- 2.4.3 显微硬度实验32-33
- 2.4.4 EDS试验33
- 2.4.5 扫描电镜试验33
- 2.5 本章小结33-34
- 第三章 搅拌摩擦加工制备铝基碳化硅表面复合材料工艺探索34-43
- 3.1 引言34
- 3.2 搅拌摩擦加工试验参数34-35
- 3.2.1 搅拌头的形状、材料和结构34
- 3.2.2 搅拌头的旋转速度34-35
- 3.2.3 焊接速度35
- 3.2.4 轴肩下压量35
- 3.3 搅拌摩擦焊实验参数选择35-38
- 3.3.1 焊缝宏观成形特点36-37
- 3.3.2 显微组织分析37-38
- 3.4 搅拌摩擦加工制备SiCp/Al表面复合材料38-41
- 3.4.1 实验方法39
- 3.4.2 焊缝宏观成形特点39-40
- 3.4.3 显微组织分析40
- 3.4.4 显微硬度分析40-41
- 3.5 本章小结41-43
- 第四章 复合热源制备铝基碳化硅表面复合材料工艺探索43-66
- 4.1 激光+FSP法制备铝基碳化硅表面复合材料工艺探索43-50
- 4.1.1 引言43
- 4.1.2 激光焊接重要工艺参数43-44
- 4.1.3 激光熔覆铝基碳化硅实验44-45
- 4.1.4 激光熔覆层宏观成形特点45-47
- 4.1.5 激光熔覆层显微组织分析47-48
- 4.1.6 激光+FSP法制备铝基碳化硅表面复合材料48
- 4.1.7 激光+FSP法熔覆层宏观成形特点48-49
- 4.1.8 激光+FSP法熔覆层显微组织分析49-50
- 4.2 激光-TIG+FSP法制备铝基碳化硅表面复合材料工艺探索50-56
- 4.2.1 激光-TIG熔覆铝基碳化硅实验50-51
- 4.2.2 激光-TIG熔覆层宏观成形特点51
- 4.2.3 激光-TIG熔覆层显微组织分析51-53
- 4.2.4 典型区域SEM及EDS成分分析53-54
- 4.2.5 激光-TIG+FSP法制备铝基碳化硅表面复合材料54-55
- 4.2.6 激光-TIG+FSP法熔覆层宏观成形特点55-56
- 4.2.7 激光-TIG+FSP法熔覆层显微组织分析56
- 4.3 TIG+FSP法制备铝基碳化硅表面复合材料工艺探索56-64
- 4.3.1 TIG熔覆铝基碳化硅实验57
- 4.3.2 TIG熔覆层宏观成形特点57-58
- 4.3.3 TIG熔覆层显微组织分析58-59
- 4.3.4 典型区域SEM形貌及EDS成分分析59-60
- 4.3.5 熔覆层显微硬度分析60-61
- 4.3.6 TIG+FSP法制备铝基碳化硅表面复合材料61
- 4.3.7 TIG+FSP法熔覆层宏观成形特点61-62
- 4.3.8 TIG+FSP法熔覆层显微组织分析62-64
- 4.4 熔覆层显微硬度分析64-65
- 4.5 本章小结65-66
- 第五章 结论66-67
- 参考文献67-73
- 攻读硕士学位期间发表的学术论文73
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,本文编号:851982
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