基于搅拌摩擦加工的6061铝合金表面改性研究

发布时间：2017-10-24 06:00

  本文关键词：基于搅拌摩擦加工的6061铝合金表面改性研究

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【摘要】：铝合金在现代工业与生活中得到广泛的使用,起着不可代替的作用,但由于其强度、耐磨性、耐腐蚀性等性能的缺陷限制其在特定环境下的应用,对铝合金进行性能的改善处理,可以使其应用范围更加广泛。而传统的加工方法制备的都是块体复合材料,此类材料的脆性大、延展性差、韧性低,且有数据表明80%的机件失效来源于表面的磨损,若是采用新型的强化技术制备表面复合材料,即可达到材料的耐磨性能又能保持原材料的延展性与韧性,因此,新型的表面强化技术越来越受到人们的关注。搅拌摩擦加工技术是一种新型、优质、环保的表面强化技术。目前已广泛应用于镁、铝等材料工件的表面强化。本文利用搅拌摩擦加工技术对6061铝合金进行表面处理,研究不同工艺参数及搅拌头对加工层的表面形貌、组织结构、显微硬度的影响,从而确定最佳工艺参数。采用优化的工艺参数,制备SiC/Al基表面复合材料,并研究SiC颗粒对复合材料层的显微硬度、摩擦磨损性能的影响,分析了热处理对复合材料层组织及性能的影响。研究结果表明:不同的搅拌头在不同工艺参数下对加工区性能影响很大,采用同心圆型搅拌头,在转速1100rpm、前进速度100mm/min、下压量0.5mm、倾角1.5°的参数下获得的加工层表面成形最好,显微硬度最高,平均硬度为107HV,相对母材硬度提高了18%。在铝合金表面加工阵列盲孔及燕尾槽用以填充SiC颗粒,经盖面及分段加工处理后,采用同心圆型搅拌头在上述最优参数下制备SiC/Al基表面复合材料层。研究结果表明:阵列盲孔开槽方式制备的复合材料层比燕尾槽方式的好,阵列盲孔开槽SiC颗粒分布更均匀,硬度更高,燕尾槽制备的复合层SiC颗粒在加工区底部有聚集现象。复合材料层的硬度随SiC的体积分数增加而增加,体积分数高于20%时两者呈线性关系,当体积分数为44%时,硬度值最高,最高为179HV,是母材硬度的1.96倍。热处理结果表明:经固溶处理与人工时效处理后,可以消除热机影响区与热影响区的弱化缺陷,热处理后的平均硬度比热处理前提高了45%,比母材区提高了26%。摩擦磨损结果表明:复合材料层的磨损性能明显高于母材,在低载荷状态下,复合材料的磨损率仅为母材的44%,在高载荷状态下,复合材料的磨损率为母材的56%。复合材料层的磨损率随着载荷的增加而增加,随着SiC含量的增加而减少;摩擦系数随着载荷及SiC含量的增加而减少。
【关键词】：6061铝合金 搅拌摩擦加工 表面改性 摩擦磨损
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG457.14
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-22
• 1.1 引言13-15
• 1.1.1 复合材料的概念13-14
• 1.1.2 搅拌摩擦加工技术14-15
• 1.2 铝及铝合金表面改性方法15-17
• 1.2.1 阳极氧化技术15
• 1.2.2 喷丸强化15-16
• 1.2.3 等离子喷涂技术16-17
• 1.2.4 搅拌摩擦加工17
• 1.3 搅拌摩擦加工研究现状和应用17-20
• 1.3.1 搅拌摩擦处理细化材料表面晶粒的研究现状17-18
• 1.3.2 搅拌摩擦处理制备超塑性材料的研究现状18-19
• 1.3.3 搅拌摩擦加工制备铝基表面复合层的研究现状19
• 1.3.4 搅拌摩擦加工技术未来展望19-20
• 1.4 课题研究目的及主要内容20-22
• 1.4.1 研究目的20-21
• 1.4.2 主要内容21-22
• 第2章 实验材料、设备与方法22-29
• 2.1 实验材料22-23
• 2.1.1 基体材料22
• 2.1.2 增强体材料22-23
• 2.1.3 搅拌头材料23
• 2.2 实验设备23-25
• 2.3 实验方法25-29
• 2.3.1 铝基表面复合材料的制备流程25
• 2.3.2 铝基复合层的组织观察与测试方法25-26
• 2.3.4 加工表面性能分析与测试方法26-27
• 2.3.5 热处理27-29
• 第3章 搅拌头及工艺参数对FSP的影响29-49
• 3.1 引言29
• 3.2 搅拌头的设计29-33
• 3.2.1 搅拌头的选材29-30
• 3.2.2 搅拌头形状与尺寸的设计30-33
• 3.3 加工层的组织与成分分析33-44
• 3.3.1 宏观形貌34-38
• 3.3.2 微观组织38-40
• 3.3.3 成分分析40-44
• 3.4 加工层的性能测试44-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第4章 FSP制备SiC/Al基复合材料的组织结构与成分分析49-62
• 4.1 引言49-50
• 4.2 SiC颗粒增强铝基表面复合材料的制备过程50-52
• 4.3 复合层微观组织分析52-57
• 4.3.1 开槽方式对组织的影响52-54
• 4.3.2 SiC体积分数对组织的影响54-55
• 4.3.3 热处理对组织的影响55-57
• 4.4 SiC/Al复合层的组成成分57-60
• 4.4.1 SiC/Al复合材料的界面反应及其机制58-59
• 4.4.2 SiC/Al界面反应的测定方法59-60
• 4.5 本章小结60-62
• 第5章 FSP制备SiC-Al基复合材料的性能测试与分析62-74
• 5.1 复合层的显微硬度62-64
• 5.1.1 开槽方式对硬度的影响62-63
• 5.1.2 SiC体积分数对硬度的影响63-64
• 5.1.3 热处理对硬度影响64
• 5.2 复合层耐磨性能64-69
• 5.2.1 载荷与SiC含量对材料磨损量的影响66-67
• 5.2.2 载荷与SiC含量对材料摩擦系数的影响67-69
• 5.3 复合层的磨损形貌与磨损机制69-72
• 5.3.1 引言69-70
• 5.3.2 基体与复合材料的磨损形貌与分析70-72
• 5.4 本章小结72-74
• 结论74-75
• 参考文献75-78
• 攻读硕士期间发表的论文78-79
• 致谢79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 郭椺;王快社;王文;王文礼;;搅拌摩擦加工铸态L2纯铝组织与性能研究[J];兵器材料科学与工程;2009年04期

2 张贵锋;韦中新;张军;苏伟;张建勋;;搅拌摩擦处理(FSP)——一种新型绿色表面强化技术[J];焊管;2009年12期

3 李科,甘卫平,陈铁平,杨伏良;热处理工艺对6063铝合金组织和力学性能的影响[J];铝加工;2005年02期

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1 栾卫志;TiB_2/Al复合材料喷丸强化及其表征研究[D];上海交通大学;2009年

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本文编号：1087363