纳米－微米混杂增强铝基复合材料力学与磨损性能研究
发布时间：2021-08-02 22:44
相比于微米SiC,纳米SiC颗粒具有更高的增强效率,在制备高强度以及机加工性能良好的铝基复合材料方面具有广阔的应用前景。碳纳米管（CNT）作为一种新型的柔性纳米材料,理论强化效率高,在制备高强度铝基复合材料也具有一定的潜力。但单一CNT增强铝基复合材料又存在模量低、硬度低的缺点。理论上,混杂效应使得混杂增强铝基复合材料综合性能优于单一增强体增强铝基复合材料,为此,本文也对CNT与微米SiC颗粒混杂增强铝基复合材料力学性能与摩擦磨损行为进行了探索研究。本论文第一部分采用7055Al为基体,通过高能球磨-粉末冶金-热挤压工艺,分别制备出纳米SiC/7055Al、CNT/7055Al复合材料,并对其微观组织与力学性能关系进行了研究。第二部分采用7055Al为基体,通过高能球磨-粉末冶金-热挤压工艺,制备出微米SiC/7055Al和微米SiC-CNT/7055Al复合材料。并对两种复合材料微观组织与力学性能进行了表征。第三部分采用销盘式摩擦磨损试验机测试了微米SiC/7055Al、CNT/7055Al和微米SiC-CNT/7055Al三种复合材料干滑动摩擦磨损性能,并对比分析其磨损机制。得到以...
【文章来源】：桂林理工大学广西壮族自治区
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
初始7055铝粉形貌
桂林理工大学硕士学位论文13图2.2增强体形貌：（a）纳米SiC，（b）CNT，（c）微米SiCFig.2.2Morphologyofrawreinforcements:(a)nano-SiC,(b)CNT,(c)micro-SiC2.2试验方法2.2.1材料的制备本实验采用混料/球磨-粉末冷压-粉末热压致密化结合后续热挤压工艺制备块体材料。主要制备流程为：粉体称量，配制粉体，高能球磨，冷压预成型，热压烧结，热挤压变形等。接下来将对每种材料制备过程中实验参数进行陈述。（1）纳米SiC/7055Al复合材料系列材料a.基体合金（7055Al）硬脂酸添加量1.5wt.%，球磨机主轴转速250rpm，球磨时间4h，球料比15/1，冷压致密度50~60%，热压温度500℃，真空度10-2Pa，挤压温度420℃，挤压比16/1。b.纳米SiC/7055Al复合材料纳米SiC体积分数为2.0vol.%，硬脂酸添加量1.5wt.%，球磨机主轴转速250rpm，球磨时间4h，球料比15/1，冷压致密度50~60%，热压温度500℃，真空度10-2Pa，挤压温度420℃，挤压比16/1。（2）CNT/7055Al复合材料a.基体合金（7055Al）硬脂酸添加量1.6wt.%。球磨机主轴转速400rpm，球磨时间6h，球料比15/1。冷压致密度50~60%。热压温度500℃，真空度10-2Pa。挤压温度420℃，挤压比16/1。b.CNT/7055Al复合材料CNT体积分数为1.0vol.%。硬脂酸添加量1.6wt.%，球磨机主轴转速400rpm，球磨时间6h，球料比15/1。冷压致密度50~60%。热压温度500℃，真空度10-2Pa。挤压温度420℃，挤压比16/1。
桂林理工大学硕士学位论文17得纳米SiC能够均匀地分散在铝基体中，因此金相组织观察下增强体分散情况较好。图3.1材料金相组织：（a）（b）7055Al，（c）（d）2.0vol.%SiC/7055Al复合材料Fig.3.1Opticalmicrographsofmatrixandcomposite:(a)(b)7055Al,(c)(d)2.0vol.%SiC/7055Al3.4纳米SiC/7055Al复合材料的物相分析图3.2为基体合金与复合材料挤压态XRD物相分析。由该图可知，挤压态合金和复合材料中存在大量MgZn2，这说明金相观察时观察到未溶相主要是粗大的MgZn2相。2.0vol.%SiC/7055Al复合材料的XRD仅检测出SiC、Al和MgZn2相特征峰，并未发现其它相特征峰出现。通常，在高温烧结过程中，SiC颗粒与铝基体会发生以下界面反应[60]：4Al+3SiC→3Si+Al4C3，反应产物中的Al4C3是一种高硬度脆性相，在拉伸过程中容易导致应力集中，导致材料提前开裂，最终恶化材料性能。XRD图谱中基体合金与2.0vol.%SiC/7055Al均未发现Al4C3，说明本实验采用制备工艺有效地防止了界面反应产物（如Al4C3）的产生。总体而言，经过粉末冶金法以及后续热挤压后，基体合金与复合材料均存在少量粗大未溶解MgZn2相。复合材料中SiC依旧保持原来物理化学状态，这也为纳米SiC强化铝基体打下坚实基矗
本文编号：3318408
【文章来源】：桂林理工大学广西壮族自治区
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
初始7055铝粉形貌
桂林理工大学硕士学位论文13图2.2增强体形貌：（a）纳米SiC，（b）CNT，（c）微米SiCFig.2.2Morphologyofrawreinforcements:(a)nano-SiC,(b)CNT,(c)micro-SiC2.2试验方法2.2.1材料的制备本实验采用混料/球磨-粉末冷压-粉末热压致密化结合后续热挤压工艺制备块体材料。主要制备流程为：粉体称量，配制粉体，高能球磨，冷压预成型，热压烧结，热挤压变形等。接下来将对每种材料制备过程中实验参数进行陈述。（1）纳米SiC/7055Al复合材料系列材料a.基体合金（7055Al）硬脂酸添加量1.5wt.%，球磨机主轴转速250rpm，球磨时间4h，球料比15/1，冷压致密度50~60%，热压温度500℃，真空度10-2Pa，挤压温度420℃，挤压比16/1。b.纳米SiC/7055Al复合材料纳米SiC体积分数为2.0vol.%，硬脂酸添加量1.5wt.%，球磨机主轴转速250rpm，球磨时间4h，球料比15/1，冷压致密度50~60%，热压温度500℃，真空度10-2Pa，挤压温度420℃，挤压比16/1。（2）CNT/7055Al复合材料a.基体合金（7055Al）硬脂酸添加量1.6wt.%。球磨机主轴转速400rpm，球磨时间6h，球料比15/1。冷压致密度50~60%。热压温度500℃，真空度10-2Pa。挤压温度420℃，挤压比16/1。b.CNT/7055Al复合材料CNT体积分数为1.0vol.%。硬脂酸添加量1.6wt.%，球磨机主轴转速400rpm，球磨时间6h，球料比15/1。冷压致密度50~60%。热压温度500℃，真空度10-2Pa。挤压温度420℃，挤压比16/1。
桂林理工大学硕士学位论文17得纳米SiC能够均匀地分散在铝基体中，因此金相组织观察下增强体分散情况较好。图3.1材料金相组织：（a）（b）7055Al，（c）（d）2.0vol.%SiC/7055Al复合材料Fig.3.1Opticalmicrographsofmatrixandcomposite:(a)(b)7055Al,(c)(d)2.0vol.%SiC/7055Al3.4纳米SiC/7055Al复合材料的物相分析图3.2为基体合金与复合材料挤压态XRD物相分析。由该图可知，挤压态合金和复合材料中存在大量MgZn2，这说明金相观察时观察到未溶相主要是粗大的MgZn2相。2.0vol.%SiC/7055Al复合材料的XRD仅检测出SiC、Al和MgZn2相特征峰，并未发现其它相特征峰出现。通常，在高温烧结过程中，SiC颗粒与铝基体会发生以下界面反应[60]：4Al+3SiC→3Si+Al4C3，反应产物中的Al4C3是一种高硬度脆性相，在拉伸过程中容易导致应力集中，导致材料提前开裂，最终恶化材料性能。XRD图谱中基体合金与2.0vol.%SiC/7055Al均未发现Al4C3，说明本实验采用制备工艺有效地防止了界面反应产物（如Al4C3）的产生。总体而言，经过粉末冶金法以及后续热挤压后，基体合金与复合材料均存在少量粗大未溶解MgZn2相。复合材料中SiC依旧保持原来物理化学状态，这也为纳米SiC强化铝基体打下坚实基矗
本文编号：3318408
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