粉末冶金B 4 C P 增强超高强度铝基复合材料制备加工及组织性能研究
发布时间：2022-02-05 04:47
复合材料因其基体和增强体不同,可表现出不同的性能,具有广泛的应用空间,因此深受科研学者的关注。B4CP/Al复合材料强度高,密度小,同时能吸收中子,因此在交通运输、国防工业、核废料运输与储存等领域具有极为重要的地位。本文通过粉末冶金方法,以课题组自主设计制备的Al-Zn-Mg-Cu系合金粉末为基体,以粒径为1μm的B4CP作为增强体,成功设计制备出了强度为1172 MPa的超高强度B4CP/Al复合材料,并通过SEM、OM和XRD等设备对球磨混粉、氩气保护烧结/热等静压烧结、热挤压、固溶时效等制备加工工艺和材料组织性能进行了研究。具体研究内容及研究结果如下:（1）设计了B4CP/Al复合材料的增强体系,并对其制备工艺进行了研究。研究表明,湿磨增强体（B4CP、TiP）—混合湿磨增强体颗粒和基体—干磨混合粉末的球磨方法得到的复合粉末中增强体分散均匀。...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：112 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
实验方案
江苏大学硕士学位论文15沙天久金属材料有限公司加工制备，制得的合金粉末粒度为75微米，下图为合金粉末相关的SEM图与XRD分析结果。图2.2合金粉末SEM形貌Fig.2.2TheSEMmorphologyofalloypowder2030405060708090050010001500200025003000Intensity(a.u.)2(degree)Al图2.3铝合金粉末的XRD图Fig.2.3TheXRDpatternofalloypowder2.1.3增强体材料考虑到要求制备的复合材料的弹性模量、强度、密度、基体与增强体的润湿性和应用领域等因素，本文对增强体的要求较高。B4Cp具有强度、比模量高和密度低(与铝相近)等突出的物理性能，在以B4Cp为增强体，铝合金作为基体时，B4Cp不易发生沉积现象，因而易于分散在铝合金中，此外B4CP/Al复合材料制备工艺简单，可通过粉末冶金及热挤压工艺生产。综上本文选择B4Cp作为复合材料的增强体。一般而言，增强体材料粒径越小，强化效果越好，但是过小的增强颗粒会使
粉末冶金B4CP增强超高强度铝基复合材料制备加工及组织性能研究16得其与基体合金的润湿性变差，而增强体颗粒越多，其表面的杂质和吸附的气体相应更多，这会影响增强体和基体的界面结合，所以增强体粒度不能过小[102-103]。此外粒径较大的B4Cp还具有一定的尖角效应，其会产生应力集中，降低复合材料的抗拉强度，且粒径越大，尖角效应越强，对材料的破坏越强，这也是增强材料粒径越大，材料综合性能往往越差的一个重要原因。但综合考虑润湿性以及分散性的问题，本实验选择的B4Cp粒度为1μm。B4Cp的含量的选择对B4Cp/Al复合材料的性能也有着极大影响。如果增强材料体积分数较低，则增强效果可能难以发挥，但是过多的增强体则会大大增加增强体分散难度，而增强体的团聚会促使复合材料变得疏松，严重影响复合材料的使用性能。经过理论计算及实验室研究发现，增强体体积分数为10%-15%的B4Cp便能达到项目的性能指标，而通过对其烧结性能分析，本文最终选择的B4Cp体积分数含量为10%。B4Cp形貌对复合材料的微塑形变形有一定关系。有研究发现，增强体颗粒为球状时，其产生的变形常为各向同性，当增强体颗粒存在较多尖角时，材料微塑形变产生的应力常为各向异性，这会使材料发生局部微位移，导致材料尺寸变化。实验使用的B4Cp是由上海允复纳米提供，其具体的性能参数如表2.2所示，其实物图和扫描电镜图如图2.3所示。表2.2碳化硼性能参数Table2.2Theperformanceparametersofboroncarbide材料名称硬度(GPa)密度(g·cm-3)弹性模量(GPa)热膨胀系数(10-6K-1)碳化硼55-672.474504.5图2.3(a)B4C粉末实物图，(b)B4C粉末SEM形貌Fig.2.3(a)ThephysicalpictureofB4Cpowder;(b)TheSEMmorphologyofB4Cpowder
【参考文献】：
期刊论文
[1]挤压对ZrB2/6063Al复合材料组织及其摩擦磨损特性的影响[J]. 李惠,焦雷,梅运柱,何忠秀,李永博. 稀有金属材料与工程. 2017(10)
[2]金属基复合材料的现状与发展[J]. 张文毓. 装备机械. 2017(02)
[3]铝基复合材料的制备及应用进展[J]. 肖荣林,郑化安,付东升,李克伦,苏艳敏,吕晓丽. 铸造技术. 2015(05)
[4]颗粒增强铝基复合材料的制备及力学性能[J]. 薛阳,宋旼,肖代红. 自然杂志. 2015(01)
[5]热挤压对SiCp/6061Al基复合材料组织和性能的影响[J]. 陈超群,杨永顺,杨茜,任鑫磊. 粉末冶金工业. 2015(01)
[6]铝基复合材料国内外技术水平及应用状况[J]. 张文毓. 航空制造技术. 2015(03)
[7]粉末冶金法制备铝基复合材料的研究[J]. 马国俊,丁雨田,金培鹏,刘国龙. 材料导报. 2013(15)
[8]强化固溶处理对7075铝合金晶间腐蚀和剥落腐蚀性能的影响[J]. 罗勇,许晓静,张允康,张振强. 热加工工艺. 2012(14)
[9]Hot Extrusion Process Effect on Mechanical Behavior of Stir Cast Al Based Composites Reinforced with Mechanically Milled B4C Nanoparticles[J]. A. Alizadeh,E. Taheri-Nassaj,M. Hajizamani. Journal of Materials Science & Technology. 2011(12)
[10]预制块重熔法制备的SiC/Al复合材料的磨损性能研究[J]. 潘振亚,程和法,黄笑梅,刘伟明,曹胜利. 金属功能材料. 2010(02)
硕士论文
[1]Ni基高温合金及其复合材料选区激光熔化成形工艺、组织及性能[D]. 贾清波.南京航空航天大学 2015
[2]自生颗粒增强Al-xSi-9Ni梯度功能复合材料组织性能研究[D]. 吕循佳.重庆大学 2012
本文编号：3614589
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：112 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
实验方案
江苏大学硕士学位论文15沙天久金属材料有限公司加工制备，制得的合金粉末粒度为75微米，下图为合金粉末相关的SEM图与XRD分析结果。图2.2合金粉末SEM形貌Fig.2.2TheSEMmorphologyofalloypowder2030405060708090050010001500200025003000Intensity(a.u.)2(degree)Al图2.3铝合金粉末的XRD图Fig.2.3TheXRDpatternofalloypowder2.1.3增强体材料考虑到要求制备的复合材料的弹性模量、强度、密度、基体与增强体的润湿性和应用领域等因素，本文对增强体的要求较高。B4Cp具有强度、比模量高和密度低(与铝相近)等突出的物理性能，在以B4Cp为增强体，铝合金作为基体时，B4Cp不易发生沉积现象，因而易于分散在铝合金中，此外B4CP/Al复合材料制备工艺简单，可通过粉末冶金及热挤压工艺生产。综上本文选择B4Cp作为复合材料的增强体。一般而言，增强体材料粒径越小，强化效果越好，但是过小的增强颗粒会使
粉末冶金B4CP增强超高强度铝基复合材料制备加工及组织性能研究16得其与基体合金的润湿性变差，而增强体颗粒越多，其表面的杂质和吸附的气体相应更多，这会影响增强体和基体的界面结合，所以增强体粒度不能过小[102-103]。此外粒径较大的B4Cp还具有一定的尖角效应，其会产生应力集中，降低复合材料的抗拉强度，且粒径越大，尖角效应越强，对材料的破坏越强，这也是增强材料粒径越大，材料综合性能往往越差的一个重要原因。但综合考虑润湿性以及分散性的问题，本实验选择的B4Cp粒度为1μm。B4Cp的含量的选择对B4Cp/Al复合材料的性能也有着极大影响。如果增强材料体积分数较低，则增强效果可能难以发挥，但是过多的增强体则会大大增加增强体分散难度，而增强体的团聚会促使复合材料变得疏松，严重影响复合材料的使用性能。经过理论计算及实验室研究发现，增强体体积分数为10%-15%的B4Cp便能达到项目的性能指标，而通过对其烧结性能分析，本文最终选择的B4Cp体积分数含量为10%。B4Cp形貌对复合材料的微塑形变形有一定关系。有研究发现，增强体颗粒为球状时，其产生的变形常为各向同性，当增强体颗粒存在较多尖角时，材料微塑形变产生的应力常为各向异性，这会使材料发生局部微位移，导致材料尺寸变化。实验使用的B4Cp是由上海允复纳米提供，其具体的性能参数如表2.2所示，其实物图和扫描电镜图如图2.3所示。表2.2碳化硼性能参数Table2.2Theperformanceparametersofboroncarbide材料名称硬度(GPa)密度(g·cm-3)弹性模量(GPa)热膨胀系数(10-6K-1)碳化硼55-672.474504.5图2.3(a)B4C粉末实物图，(b)B4C粉末SEM形貌Fig.2.3(a)ThephysicalpictureofB4Cpowder;(b)TheSEMmorphologyofB4Cpowder
【参考文献】：
期刊论文
[1]挤压对ZrB2/6063Al复合材料组织及其摩擦磨损特性的影响[J]. 李惠,焦雷,梅运柱,何忠秀,李永博. 稀有金属材料与工程. 2017(10)
[2]金属基复合材料的现状与发展[J]. 张文毓. 装备机械. 2017(02)
[3]铝基复合材料的制备及应用进展[J]. 肖荣林,郑化安,付东升,李克伦,苏艳敏,吕晓丽. 铸造技术. 2015(05)
[4]颗粒增强铝基复合材料的制备及力学性能[J]. 薛阳,宋旼,肖代红. 自然杂志. 2015(01)
[5]热挤压对SiCp/6061Al基复合材料组织和性能的影响[J]. 陈超群,杨永顺,杨茜,任鑫磊. 粉末冶金工业. 2015(01)
[6]铝基复合材料国内外技术水平及应用状况[J]. 张文毓. 航空制造技术. 2015(03)
[7]粉末冶金法制备铝基复合材料的研究[J]. 马国俊,丁雨田,金培鹏,刘国龙. 材料导报. 2013(15)
[8]强化固溶处理对7075铝合金晶间腐蚀和剥落腐蚀性能的影响[J]. 罗勇,许晓静,张允康,张振强. 热加工工艺. 2012(14)
[9]Hot Extrusion Process Effect on Mechanical Behavior of Stir Cast Al Based Composites Reinforced with Mechanically Milled B4C Nanoparticles[J]. A. Alizadeh,E. Taheri-Nassaj,M. Hajizamani. Journal of Materials Science & Technology. 2011(12)
[10]预制块重熔法制备的SiC/Al复合材料的磨损性能研究[J]. 潘振亚,程和法,黄笑梅,刘伟明,曹胜利. 金属功能材料. 2010(02)
硕士论文
[1]Ni基高温合金及其复合材料选区激光熔化成形工艺、组织及性能[D]. 贾清波.南京航空航天大学 2015
[2]自生颗粒增强Al-xSi-9Ni梯度功能复合材料组织性能研究[D]. 吕循佳.重庆大学 2012
本文编号：3614589
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/yjlw/3614589.html
