高熵合金颗粒增强铸造铝合金的制备及性能研究
发布时间：2021-11-29 08:38
高熵合金颗粒增强铝基复合材料具有强度高、韧性良好、界面润湿性好的特点,是近些年研究热点,其在航空航天、轨道交通、通讯器件、LED等领域和行业具有显著的应用潜力。然而,目前关于高熵合金颗粒增强铝基复合材料的制备成形研究主要为固态法,采用液态法鲜有报道。本文采用压力浸渗工艺制备了高熵合金颗粒增强铝基复合材料。分别研究了浇注温度、体积分数和球磨工艺（干磨、湿磨）对Al0.25Cu0.75FeCoNi颗粒增强铝合金的组织和力学性能的影响。根据优化的工艺参数,制备了低密度AlSiTiCrNiCu高熵合金颗粒增强铝基复合材料,并研究了该材料的组织与性能,得出了以下主要结论:分别利用干磨法和湿磨法制备了Al0.25Cu0.75FeCoNi高熵合金颗粒。一种平均粒径为53.6μm,另一种平均粒径为15.7μm。这两种工艺制备的Al0.25Cu0.75FeCoNi高熵合金颗粒均为FCC晶体结构。利用湿磨法制备了AlSiTiCrNiCu高熵合金颗粒,平均粒径为10.4μm,其...
【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】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
试样的拉伸应力和应变曲线[23]
华南理工大学硕士学位论文4中存在大量的空位。金属Cu颗粒原子占据铝晶格原子空缺位置。因此，金属Cu颗粒与铝熔体发生了反应。Yadav等人[27]又采用对搅拌摩擦加工的Cup/Al复合材料在350℃下保温不同时间来调控界面反应层厚度。研究发现，随着保温时间的增加，Cup/Al复合材料的界面扩散层厚度在不断增加，如图1-2所示[27]。图1-2Cup/Al复合材料在保温前后SEM图[27]：(a)保温前，(b)保温10min后Fig.1-2SEMimageofCup/Alcompositesduringheattreatment[27]:(a)before;(b)10minlater1.2.3高熵合金颗粒增强铝基复合材料之所以采用高熵合金颗粒作为增强体主要是因为高熵合金颗粒与铝基体之间天然的界面润湿性，用以克服陶瓷颗粒的不足。另外，高熵合金具有高强、高硬、耐磨、耐腐蚀的特点，性能上又优于其他传统金属单质。利用高熵合金颗粒作为增强体，希望可以获得高强韧的铝基复合材料。丁霞[5]采用放电等离子烧结法制备了(AlSiTiCrNiCu)p/6061Al复合材料。当增强体体积分数为5%时，(AlSiTiCrNiCu)p/6061Al相比基体6061铝合金，其屈服强度从127MPa提高到170MPa；其压缩强度从489MPa提高到643MPa；压缩率从44.6%降低到39.3%。分析表明，AlSiTiCrNiCu颗粒的加入在提高了材料强度的同时，还使得复合材料具有良好的压缩率。Liu等人[6]采用放电等离子烧结法制备了体积分数为5%的AlCoCrFeNi/Al复合材料。当烧结温度560℃时，高熵合金颗粒和铝合金基体之间会形成过渡层，过渡层的厚度为4μm。随着烧结温度提高，AlCoCrFeNi/Al复合材料的过渡层厚度逐渐增加。当烧结温度达到580℃，AlCoCrFeNi/Al复合材料的界面过渡层厚度为7.6μm；当烧结温度
第一章绪论5为600℃时，AlCoCrFeNi/Al复合材料的界面过渡层厚度达到15.1μm。烧结温度为600℃时，AlCoCrFeNi/Al复合材料界面区域为FCC晶体结构。图1-3为AlCoCrFeNi/Al复合材料界面TEM图[6]。力学性能方面，烧结为540℃时，AlCoCrFeNi/Al复合材料屈服强度为96MPa，压缩率为30%。随着烧结温度提高，AlCoCrFeNi/Al复合材料屈服强度和压缩率逐渐升高。当烧结温度为580℃时，屈服强度提高到137MPa，压缩率超过50%。图1-3AlCoCrFeNi/Al复合材料TEM图[6]Fig.1-3TEMimagesofAlCoCrFeNi/Alcomposites[6]WANG等人[7]采用热挤压法制备了FeNiCrCoAl3/2024Al复合材料。结果显示，FeNiCrCoAl3/2024Al复合材料的抗压强度达到710MPa。分析表明，FeNiCrCoAl3/2024Al复合材料的强度提高与球磨过程中α-Al晶粒的细化，添加的第二相FeNiCrCoAl3颗粒，以及基体中弥散分布的Al2Cu有关。朱德智等人[28]采用铝管包覆高熵合金粉体的方式，分段将高熵合金颗粒添加到铝熔体当中，并加以搅拌。结果显示，该工艺可以改善高熵合金粉体在铝合金熔体中的团聚现象。综上所述，陶瓷颗粒增强体目前应用较为成熟和广泛，其成本也相对较低，而且对于复合材料强度和耐磨性能的提升作用较为明显。另外，陶瓷颗粒如SiC、B4C、BN等密度较低，有利于获得轻质高强复合材料。金属颗粒目前研究比较多的是Ti、Ni、Cu颗粒，这些金属颗粒与基体的润湿较好，其界面结合强度较高，对复合材料的塑性提升较为明显。新型高熵合金颗粒与基体的润湿性较好，同时还具有高强、耐磨的特点，是一种应用前景较好的增强体材料。目前，有关于金属颗粒和高熵合金颗粒增强铝基复合材料多以固态法为主，采用液态法成形工艺的研究相对较少。
【参考文献】：
期刊论文
[1]过程控制剂对球磨法制备纳米硅粉的影响[J]. 许宝松,陈琦,邱奔,徐冰洁,韩召. 功能材料. 2018(12)
[2]高体积分数SiCp/A356复合材料的显微组织和电导率[J]. 路建宁,王娟,郑开宏,龙骏. 材料导报. 2018(S1)
[3]气雾化制备Al0.6CoCrFeNi高熵合金粉体的显微组织演变（英文）[J]. 周上程,张鹏,薛云飞,王富耻,王鲁,曹堂清,谈震,程宝元,王本鹏. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2018(05)
[4]陶瓷颗粒增强铝基复合材料的研究进展[J]. 郝世明,毛建伟,谢敬佩. 粉末冶金工业. 2018(01)
[5]A light-weight high-entropy alloy Al20Be20Fe10Si15Ti35[J]. TSENG KoKai,YANG YaChu,JUAN ChienChang,CHIN TsungShune,TSAI CheWei,YEH JienWei. Science China（Technological Sciences）. 2018(02)
[6]高熵合金材料研究进展（英文）[J]. 张蔚冉,Peter K.Liaw,张勇. Science China Materials. 2018(01)
[7]双级机械搅拌铸造SiCp/A357复合材料的工艺及性能[J]. 张桢林,张志峰,徐骏,王亚宝,张浩,毛卫民. 特种铸造及有色合金. 2017(06)
[8]陶瓷颗粒增强SiCp/Al铝基复合材料制备和性能研究[J]. 郝世明,毛建伟,谢敬佩,刘佳斌. 铸造. 2017(04)
[9]SiC颗粒增强铝基复合材料的研究进展[J]. 李书志,王铁军,王玲. 粉末冶金工业. 2017(01)
[10]Synthesis and characterization of AlCoCrCuFeZnx high-entropy alloy by mechanical alloying[J]. M.Murali,S.P.Kumaresh Babu,B.Jeevan Krishna,A.Vallimanalan. Progress in Natural Science:Materials International. 2016(04)
博士论文
[1]微米、纳米SiCp/Al2014复合材料的制备及组织性能[D]. 张龙江.吉林大学 2015
硕士论文
[1]AlSiTi系高熵合金增强6061Al复合材料的制备工艺与性能研究[D]. 丁霞.华南理工大学 2017
[2]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
[3]压力浸渗制备石墨增强铝基复合材料及其性能研究[D]. 童伟.合肥工业大学 2016
[4]轻质及含镁高熵合金的设计、微观组织及储氢性能研究[D]. 王稳.兰州理工大学 2014
[5]机械合金化AlCoFeNiCu系高熵合金组织与性能研究[D]. 方思聪.华南理工大学 2014
[6]硼酸镁晶须增强铝基复合材料的制备及其性能研究[D]. 邱娟.成都理工大学 2014
[7]碳化硅颗粒增强铝基复合材料显微组织和力学性能的研究[D]. 孙超.中南大学 2012
本文编号：3526193
【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】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
试样的拉伸应力和应变曲线[23]
华南理工大学硕士学位论文4中存在大量的空位。金属Cu颗粒原子占据铝晶格原子空缺位置。因此，金属Cu颗粒与铝熔体发生了反应。Yadav等人[27]又采用对搅拌摩擦加工的Cup/Al复合材料在350℃下保温不同时间来调控界面反应层厚度。研究发现，随着保温时间的增加，Cup/Al复合材料的界面扩散层厚度在不断增加，如图1-2所示[27]。图1-2Cup/Al复合材料在保温前后SEM图[27]：(a)保温前，(b)保温10min后Fig.1-2SEMimageofCup/Alcompositesduringheattreatment[27]:(a)before;(b)10minlater1.2.3高熵合金颗粒增强铝基复合材料之所以采用高熵合金颗粒作为增强体主要是因为高熵合金颗粒与铝基体之间天然的界面润湿性，用以克服陶瓷颗粒的不足。另外，高熵合金具有高强、高硬、耐磨、耐腐蚀的特点，性能上又优于其他传统金属单质。利用高熵合金颗粒作为增强体，希望可以获得高强韧的铝基复合材料。丁霞[5]采用放电等离子烧结法制备了(AlSiTiCrNiCu)p/6061Al复合材料。当增强体体积分数为5%时，(AlSiTiCrNiCu)p/6061Al相比基体6061铝合金，其屈服强度从127MPa提高到170MPa；其压缩强度从489MPa提高到643MPa；压缩率从44.6%降低到39.3%。分析表明，AlSiTiCrNiCu颗粒的加入在提高了材料强度的同时，还使得复合材料具有良好的压缩率。Liu等人[6]采用放电等离子烧结法制备了体积分数为5%的AlCoCrFeNi/Al复合材料。当烧结温度560℃时，高熵合金颗粒和铝合金基体之间会形成过渡层，过渡层的厚度为4μm。随着烧结温度提高，AlCoCrFeNi/Al复合材料的过渡层厚度逐渐增加。当烧结温度达到580℃，AlCoCrFeNi/Al复合材料的界面过渡层厚度为7.6μm；当烧结温度
第一章绪论5为600℃时，AlCoCrFeNi/Al复合材料的界面过渡层厚度达到15.1μm。烧结温度为600℃时，AlCoCrFeNi/Al复合材料界面区域为FCC晶体结构。图1-3为AlCoCrFeNi/Al复合材料界面TEM图[6]。力学性能方面，烧结为540℃时，AlCoCrFeNi/Al复合材料屈服强度为96MPa，压缩率为30%。随着烧结温度提高，AlCoCrFeNi/Al复合材料屈服强度和压缩率逐渐升高。当烧结温度为580℃时，屈服强度提高到137MPa，压缩率超过50%。图1-3AlCoCrFeNi/Al复合材料TEM图[6]Fig.1-3TEMimagesofAlCoCrFeNi/Alcomposites[6]WANG等人[7]采用热挤压法制备了FeNiCrCoAl3/2024Al复合材料。结果显示，FeNiCrCoAl3/2024Al复合材料的抗压强度达到710MPa。分析表明，FeNiCrCoAl3/2024Al复合材料的强度提高与球磨过程中α-Al晶粒的细化，添加的第二相FeNiCrCoAl3颗粒，以及基体中弥散分布的Al2Cu有关。朱德智等人[28]采用铝管包覆高熵合金粉体的方式，分段将高熵合金颗粒添加到铝熔体当中，并加以搅拌。结果显示，该工艺可以改善高熵合金粉体在铝合金熔体中的团聚现象。综上所述，陶瓷颗粒增强体目前应用较为成熟和广泛，其成本也相对较低，而且对于复合材料强度和耐磨性能的提升作用较为明显。另外，陶瓷颗粒如SiC、B4C、BN等密度较低，有利于获得轻质高强复合材料。金属颗粒目前研究比较多的是Ti、Ni、Cu颗粒，这些金属颗粒与基体的润湿较好，其界面结合强度较高，对复合材料的塑性提升较为明显。新型高熵合金颗粒与基体的润湿性较好，同时还具有高强、耐磨的特点，是一种应用前景较好的增强体材料。目前，有关于金属颗粒和高熵合金颗粒增强铝基复合材料多以固态法为主，采用液态法成形工艺的研究相对较少。
【参考文献】：
期刊论文
[1]过程控制剂对球磨法制备纳米硅粉的影响[J]. 许宝松,陈琦,邱奔,徐冰洁,韩召. 功能材料. 2018(12)
[2]高体积分数SiCp/A356复合材料的显微组织和电导率[J]. 路建宁,王娟,郑开宏,龙骏. 材料导报. 2018(S1)
[3]气雾化制备Al0.6CoCrFeNi高熵合金粉体的显微组织演变（英文）[J]. 周上程,张鹏,薛云飞,王富耻,王鲁,曹堂清,谈震,程宝元,王本鹏. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2018(05)
[4]陶瓷颗粒增强铝基复合材料的研究进展[J]. 郝世明,毛建伟,谢敬佩. 粉末冶金工业. 2018(01)
[5]A light-weight high-entropy alloy Al20Be20Fe10Si15Ti35[J]. TSENG KoKai,YANG YaChu,JUAN ChienChang,CHIN TsungShune,TSAI CheWei,YEH JienWei. Science China（Technological Sciences）. 2018(02)
[6]高熵合金材料研究进展（英文）[J]. 张蔚冉,Peter K.Liaw,张勇. Science China Materials. 2018(01)
[7]双级机械搅拌铸造SiCp/A357复合材料的工艺及性能[J]. 张桢林,张志峰,徐骏,王亚宝,张浩,毛卫民. 特种铸造及有色合金. 2017(06)
[8]陶瓷颗粒增强SiCp/Al铝基复合材料制备和性能研究[J]. 郝世明,毛建伟,谢敬佩,刘佳斌. 铸造. 2017(04)
[9]SiC颗粒增强铝基复合材料的研究进展[J]. 李书志,王铁军,王玲. 粉末冶金工业. 2017(01)
[10]Synthesis and characterization of AlCoCrCuFeZnx high-entropy alloy by mechanical alloying[J]. M.Murali,S.P.Kumaresh Babu,B.Jeevan Krishna,A.Vallimanalan. Progress in Natural Science:Materials International. 2016(04)
博士论文
[1]微米、纳米SiCp/Al2014复合材料的制备及组织性能[D]. 张龙江.吉林大学 2015
硕士论文
[1]AlSiTi系高熵合金增强6061Al复合材料的制备工艺与性能研究[D]. 丁霞.华南理工大学 2017
[2]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
[3]压力浸渗制备石墨增强铝基复合材料及其性能研究[D]. 童伟.合肥工业大学 2016
[4]轻质及含镁高熵合金的设计、微观组织及储氢性能研究[D]. 王稳.兰州理工大学 2014
[5]机械合金化AlCoFeNiCu系高熵合金组织与性能研究[D]. 方思聪.华南理工大学 2014
[6]硼酸镁晶须增强铝基复合材料的制备及其性能研究[D]. 邱娟.成都理工大学 2014
[7]碳化硅颗粒增强铝基复合材料显微组织和力学性能的研究[D]. 孙超.中南大学 2012
本文编号：3526193
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