喷射沉积6066Al/SiC_P梯度复合材料的制备及致密化工艺研究

论文摘要

功能梯度材料是一种综合性能优异的先进材料,其性能沿梯度方向连续变化,因而适用于在厚度方向上对性能有不同需求的工程构件。此类材料性能的梯度变化是由其不同位置处的化学成分、微观组织不同造成的。目前用于制备功能梯度材料的方法主要有粉末冶金法、离心铸造法、热喷涂、浸渗法和电磁相分离法等。本论文探索了喷射沉积技术在梯度复合材料中应用的可行性,采用课题组自行设计的喷射沉积装置成功地制备了6066Al/SiC_P梯度复合材料,并对其进行了微观组织分析和性能检测。结果表明:SiC颗粒增强相的质量分数在沉积坯中沿沉积方向从底部到顶部由0%逐渐增加到30%,从而证实了喷射沉积法制备梯度复合材料的可行性。论文开展了梯度复合材料沉积坯热致密化工艺的研究,提出了利用阶梯式压头对坯料进行致密化的新工艺,通过实验摸索出了适合于6066Al/SiC_P梯度复合材料致密化的工艺参数。结果表明:在压制温度为580℃、压制压力为220MPa、保压时间为10min的工艺参数下,采用阶梯式压头进行热模压致密化,可以将沉积坯的相对密度提高到99%以上。阶梯式压头热模压工艺可以有效地消除沉积坯中的孔隙,改善基体与增强颗粒间的界面结合情况,提高材料的致密度,特别适用于在较小的压制压力下对较大尺寸的坯料进行热模压致密化。经热致密化后,复合材料中SiC增强颗粒的浓度依然呈梯度分布。梯度复合材料的力学性能沿梯度方向呈现变化,在SiC颗粒浓度为15mass%时力学性能最高,达到428MPa。论文对比了致密化前后材料组织性能的变化并对其进行了分析讨论。初步探讨了阶梯式压头在热模压致密化过程中的机理,就坯料在致密化过程中的受力状态进行了分析讨论,指出了阶梯式压头致密化的优势,为进一步的研究打下了基础。采用喷射沉积法制备SiC颗粒增强铝基梯度复合材料的工作尚未有类似报道。与其他方法相比,采用喷射沉积法制备的梯度复合材料具有组织细小、SiC增强颗粒在高度方向上呈连续梯度分布且可控性强,特别适合于制备大尺寸的梯度复合材料坯件。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 均质金属基复合材料的组织调控技术
• 1.1.1 基体组织的调控
• 1.1.2 增强相的选择及处理
• 1.1.3 界面问题
• 1.2 金属基梯度复合材料研究进展
• 1.2.1 金属基梯度复合材料的概念、性能特点
• 1.2.2 金属基梯度复合材料的应用
• 1.2.3 金属基梯度复合材料的制备技术
• 1.2.4 现有梯度复合材料制备技术的局限性
• 1.3 喷射沉积技术制备铝基复合材料的研究进展
• 1.3.1 喷射沉积制备复合材料的原理
• 1.3.2 喷射沉积铝基复合材料的组织特点
• 1.3.3 喷射沉积铝基复合材料的致密化技术
• 1.4 本论文的研究背景、目的和主要内容
• 第2章 实验方案
• 2.1 实验原料
• 2.2 实验流程
• 2.3 实验过程
• 2.3.1 材料的制备
• 2.3.2 喷射沉积坯的致密化
• 2.4 组织性能表征方法
• 2.4.1 密度和孔隙度检测
• 2.4.2 微观组织分析
• 2.4.3 SiC 颗粒含量的测定
• 2.4.4 物相分析
• 2.4.5 材料的热分析
• 2.4.6 拉伸性能检测
• 2.4.7 硬度检测
• 2.4.8 断裂韧性测定
• 2.4.9 拉伸断口分析
• P 梯度复合材料'>第3章 喷射沉积制备6066Al/SiC_P梯度复合材料
• 3.1 SiC 颗粒的预处理
• 3.2 SiC 颗粒梯度输出的控制
• 3.3 喷射沉积工艺参数的影响
• 3.3.1 液流直径的影响
• 3.3.2 雾化气体压力的影响
• 3.3.3 喷射高度的影响
• P 梯度复合材料的组织性能特征'>3.4 6066Al/SiC_P梯度复合材料的组织性能特征
• 3.4.1 微观组织
• 3.4.2 SiC 颗粒的梯度分布
• 3.4.3 密度和孔隙度
• 3.4.4 相组成
• 3.4.5 力学性能
• 3.5 本章小结
• P 梯度复合材料的致密化工艺研究'>第4章 6066Al/SiC_P梯度复合材料的致密化工艺研究
• 4.1 热模压实验方案
• 4.1.1 热模压样品
• 4.1.2 压制方式
• 4.1.3 致密化工艺参数的确定
• 4.1.4 热处理
• 4.2 平面压头压制致密化工艺的研究
• 4.2.1 压制温度
• 4.2.2 压制压力
• 4.2.3 保压时间
• 4.3 阶梯式压头压制致密化工艺的研究
• 4.3.1 Φ80mm 试样的致密化
• 4.3.2 Φ200mm 试样的致密化
• P 梯度复合材料致密化后的组织性能特征'>4.4 6066Al/SiC_P梯度复合材料致密化后的组织性能特征
• 4.4.1 微观组织
• 4.4.2 相组成
• 4.4.3 SiC 颗粒的梯度分布
• 4.4.4 致密度
• 4.4.5 拉伸性能
• 4.4.6 断裂机制
• 4.4.7 硬度
• 4.4.8 断裂韧性
• 4.5 致密化机理分析
• 4.5.1 多孔材料致密化机理
• 4.5.2 阶梯式压头致密化机理分析
• 4.5.3 坯料受力状态分析
• 4.5.4 坯料孔洞演变规律
• 4.6 本章小结
• 结论
• 问题及展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A （攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录）