碳纳米管/铝复合材料喷丸强化及其表征研究

发布时间：2022-02-22 18:57

　　与传统复合材料相比,近年来以碳纳米管为增强相制备出的新型金属基复合材料由于在力学及化学性能有了很大的提高,展现出更好的应用前景。该新型材料应用于航空航天、船舶等领域作为结构件起到承受交变荷载或动荷载的作用时,其失效疲劳源往往产生自材料表面,这制约了它的服役寿命和性能。喷丸处理是一种应用十分广泛的表面强化手段,能显著提高材料表面喷丸层的疲劳强度、应力腐蚀及摩擦磨损等性能。因此研究喷丸强化对碳纳米管增强的金属基复合材料表面性能的影响对其应用的推动有着重要意义。本文以碳纳米管/铝复合材料为研究对象,研究了不同喷丸工艺对该材料喷丸层组织及性能的影响及喷丸层残余应力场的松弛行为,讨论了喷丸层显微组织高温下的回复再结晶现象及相关力学性能。主要研究结果如下:1.使用常规喷丸、复合喷丸、温度喷丸、预应力喷丸对碳纳米管/铝复合材料表面进行了喷丸处理。研究表明,喷丸强度的增大可以提高碳纳米管/铝复合材料喷丸层的深度和残余压应力场大小。其中常规喷丸后,喷丸强度增加到0.25 mmA时,该新型复合材料内残余应力场深度达到520μm。复合喷丸主要可以增大喷丸层近表面的残余应力大小,并且可以降低表面粗糙度。0.2... 

【文章来源】：上海交通大学上海市211工程院校985工程院校教育部直属院校

【文章页数】：107 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 碳纳米管/金属基复合材料概要
        1.1.1 碳纳米管/金属基复合材料简介
        1.1.2 碳纳米管/金属基复合材料研究进展
        1.1.3 碳纳米管/金属基复合材料性能
    1.2 喷丸强化研究概况
        1.2.1 喷丸强化发展历史
        1.2.2 传统喷丸强化工艺
        1.2.3 新型喷丸强化工艺
    1.3 喷丸层残余应力及组织结构分析
        1.3.1 喷丸层残余应力场
        1.3.2 喷丸变形层组织结构
    1.4 选题意义和研究内容
    参考文献
第二章 材料及实验方法
    2.1 实验材料
    2.2 喷丸工艺
    2.3 实验测试方法
        2.3.1 表面形貌及粗糙度测量
        2.3.2 残余应力场测量
        2.3.3 喷丸层物相及组织结构分析
        2.3.4 残余应力场松弛研究
        2.3.5 喷丸层力学性能表征
第三章 碳纳米管/铝复合材料喷丸层残余应力场研究
    3.1 喷丸层残余应力场分布
        3.1.1 传统喷丸残余应力
        3.1.2 复合喷丸残余应力
        3.1.3 预应力喷丸残余应力
        3.1.4 温度喷丸残余应力
    3.2 喷丸层残余应力场松弛
        3.2.1 温度条件下残余应力的松弛
        3.2.2 循环荷载下残余应力的松弛
    3.3 喷丸残余应力场模拟
        3.3.1 碳纳米管/铝复合材料模型
        3.3.2 多弹丸喷丸模拟
    3.4 本章小结
    参考文献
第四章 碳纳米管/铝喷丸层形貌及组织结构分析
    4.1 碳纳米管/铝复合材料喷丸层表面形貌
    4.2 喷丸变形组织结构
        4.2.1 喷丸层相组成
        4.2.2 喷丸层的组织形貌
    4.3 喷丸层组织的XRD线形分析
        4.3.1 传统喷丸层显微组织结构
        4.3.2 预应力喷丸层显微组织结构
        4.3.3 温度喷丸层显微组织结构
    4.4 喷丸层组织的回复再结晶行为
        4.4.1 退火组织显微结构特征
        4.4.2 退火组织XRD线形分析
    4.5 本章小结
    参考文献
第五章 碳纳米管/铝复合材料喷丸层力学性能
    5.1 碳纳米管/铝复合材料喷丸层硬度
        5.1.1 传统喷丸层显微硬度变化
        5.1.2 温度喷丸后层显微硬度变化
        5.1.3 预应力喷丸后显微硬度变化
        5.1.4 退火对喷丸层显微硬度的影响
    5.2 碳纳米管/铝喷丸表层应力应变曲线
    5.3 碳纳米管/铝复合材料喷丸层强化机制
        5.3.1 残余应力场强化
        5.3.2 组织结构强化
    5.4 本章小结
    参考文献
第六章 结论与创新
    6.1 主要结论
    6.2 本文创新点
攻读博士学位期间的学术成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]三类内应力之间的关系及其对疲劳的作用[J]. 白涛,何家文.  理化检验(物理分册). 2018(04)
[2]喷丸表面改性技术的研究进展[J]. 栾伟玲,涂善东.  中国机械工程. 2005(15)
[3]SiCw/Al复合材料高温再结晶行为的X射线衍射分析[J]. 姜传海,吴建生,王德尊.  金属学报. 2004(10)
[4]钛合金的应用现状及发展前景[J]. 李文平.  轻金属. 2002(05)
[5]汽车内燃机汽门弹簧表面强化处理中的若干问题[J]. 王仁智,汝继来.  中国表面工程. 2000(02)
[6]利用X射线衍射方法确定金属工艺表面的应力-应变关系[J]. 李家宝.  材料研究学报. 1998(03)
[7]铁-巴基管复合材料的研究[J]. 马仁志,朱艳秋,魏秉庆,梁吉,高志栋,吴德海.  复合材料学报. 1997(02)



本文编号：3640038