硼酸铝晶须增强铝基复合材料的制备工艺及性能研究

论文摘要

本文采用双滴定的方法对硼酸铝晶须表面进行了SnO2涂覆处理,然后利用挤压铸造的方法制备了晶须体积分数为20%的硼酸铝晶须增强铝基复合材料(简写为ABOw/SnO/6061Al)。用扫描电镜(SEM)、金相显微镜(OM)、X射线衍射分析(XRD)等分析测试手段研究了氧化锡涂层和复合材料的微观组织结构、界面反应;并且用万能拉伸电子试验机对复合材料的力学性能做了测试和分析,研究了复合材料的高温拉伸性能及高温拉伸断裂机理。通过对铸态材料的高温拉伸试验确定材料的最佳变形条件并在此条件下对材料进行了热挤压,对挤压后的材料进行了室温、高温力学性能测试。通过对铸态ABOw/SnO/6061Al复合材料的SEM、XRD分析,以及从热力学角度讨论增强体与基体发生界面反应的可能,研究结果表明,在复合材料挤压铸造过程中,SnO2涂层可以与基体铝之间发生铝热反应,反应生成较低溶点的Sn,Sn阻止ABOw/SnO/6061Al复合材料在压铸过程中晶须与基体之间发生界面反应,确保硼酸铝晶须的完整性。对铸态20ABOw/SnO/6061Al复合材料的高温力学性能研究表明,由于基体的软化和液态Sn使晶须强化能力的减弱,共同作用使得复合材料的最大流变应力随着拉伸温度的升高逐渐降低,延伸率随着温度的上升先增加,在400℃达到最大值3.6%,然后逐渐下降,复合材料的抗拉强度随着温度的升高,逐渐降低。在温度不变的情况下,复合材料的延伸率也随着应变速率的增加而增加。在高温拉伸变形行为研究的基础上,本文在温度为400℃时对20ABOw/SnO/6061Al复合材料进行了挤压变形,获得了表面质量优良的挤压棒材。挤压后20ABOw/SnO/6061Al复合材料的力学性能显著得到了提高,室温下挤压态复合材料的抗拉强度高于铸态复合材料的抗拉强度,400℃时铸态复合材料的抗拉强度高于挤压态复合材料的抗拉强度;复合材料的延伸率得到了明显的提高,400℃下的延伸率由铸态的4.2%提高到13.5%,室温下的延伸率由铸态的1.6%提高到3.8%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 金属基复合材料的发展概况
• 1.2 硼酸铝晶须增强铝基复合材料研究现状
• 1.2.1 晶须的显微结构和特征
• 1.2.2 晶须增强金属基复合材料的制备方法
• 1.3 金属基复合材料的界面研究
• 1.3.1 界面反应
• 1.3.2 增强体涂层研究
• 1.3.3 硼酸铝晶须增强铝基复合材料界面反应的控制
• 1.4 选题意义
• 1.5 课题的主要研究内容
• 第2章 ABOw/SnO/6061Al复合材料的制备工艺
• 2.1 引言
• 2涂覆工艺研究'>2.2 硼酸铝晶须的SnO₂涂覆工艺研究
• 2.2.1 硼酸铝晶须
• 2.2.2 金属Sn及其化合物的性质
• 2涂层的涂覆工艺研究'>2.2.3 硼酸铝晶须表面SnO₂涂层的涂覆工艺研究
• 2.3 预制块的制备过程
• 2.3.1 预制块制备的工艺流程
• 2.3.2 预制块的成型
• 2.3.3 预制块的烘干
• 2.3.4 预制块的烧结
• 2.4 实验装置
• 2.5 挤压浸渗实验
• 2.5.1 预制块预热温度
• 2.5.2 液态金属的浇注温度
• 2.5.3 液态浸渗压力
• 2.5.4 压下速度
• 2.6 本章小结
• 第3章 ABOw/SnO/6061Al复合材料组织与性能
• 3.1 引言
• 3.2 ABOw/SnO/6061Al复合材料的微观组织
• 3.3 ABOw/SnO/6061Al复合材料高温拉伸变形行为
• 3.3.1 试验方法
• 3.3.2 复合材料高温拉伸温度的选取
• 3.3.3 温度对高温拉伸变形行为的影响
• 3.3.4 应变速率对高温拉伸变形行为的影响
• 3.3.5 高温拉伸断口形貌
• 3.4 本章小结
• 第4章 ABOw/SnO/6061Al复合材料热挤压
• 4.1 引言
• 4.2 ABOw/SnO/6061Al复合材料的挤压工艺
• 4.2.1 挤压模具设计
• 4.2.2 挤压过程与挤压温度
• 4.2.3 挤压速度
• 4.2.4 挤压比
• 4.2.5 润滑
• 4.3 挤压态复合材料的组织与力学性能
• 4.3.1 挤压态复合材料的微观组织
• 4.3.2 挤压态复合材料的力学性能
• 4.4 拉伸断口形貌
• 4.5 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 致谢