搅拌铸造法制备短碳纤维增强铝基复合材料

论文摘要

本文通过添加不同含量的镀铜碳纤维,采用液态搅拌铸造法成功的制备出含不同碳纤维体积分数的短碳纤维增强铝基复合材料。通过金相显微镜、维氏硬度测试、扫描电子显微镜、拉伸试验、油浸和阿基米德原理等检测方法,对碳纤维含量、热处理工艺以及挤压工艺对短碳纤维增强铝基复合材料微观组织、物理性能及力学性能的影响进行了深入研究。通过对碳纤维表面镀铜,解决了碳纤维和2024铝合金基体的润湿性和界面反应问题。通过采用并使用1%的硼酸熔液对镀铜碳纤维表面进行浸泡处理,解决了复合材料制备过程中的高温氧化的问题。通过对熔体搅拌桨和熔配炉的改造设计,增加了向熔体中添加短碳纤维的速度,改善了短碳纤维在基体中的分布,避免了碳纤维添加过程中出现的高温灼伤、熔滴飞溅等危险。通过分析不同参数对复合材料微观组织和微观缺陷的影响,发现了搅拌温度、搅拌时间、搅拌速度及保温时间等工艺参数对复合材料的微观组织、物理性能和力学性能的影响规律,确定了复合材料的最佳搅拌铸造制备工艺：碳纤维添加温度为760℃,搅拌时间为10min,搅拌速度为2500r/min,保温时间为1Omin,浇注温度在690-720℃之间。采用此工艺制备的短碳纤维增强2024铝基复合材料碳纤维分散均匀,与基体结合良好。短碳纤维增强铝基复合材料铸态组织的气孔率比较高,密度和致密性相对比较低。热挤压致密化没有改变碳纤维在铝合金基体中的分布及碳纤维与基体的结合,但组织中的缺陷明显下降。小尺寸气孔焊合并消失,大尺寸的气孔发生了明显的塌陷。复合材料的密度接近于2024合金,致密度明显得到改善,碳纤维体积分数对致密度的影响明显减轻。无论热处理与否,碳纤维的增加都提高了复合材料的硬度。复合材料硬度硬度随着碳纤维体积分数的增加呈先升后降趋势。当材料中含有1%Cf时,复合材料具有最高的强度和硬度。碳纤维的复合使复合材料的弹性模量得到了明显的增加,复合材料的弹性模量均高于基体合金,而且随着碳纤维体积分数的增加而增加。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 复合材料的定义、发展状况及用途
• 1.1.1 复合材料的定义
• 1.1.2 复合材料的发展状况及用途
• 1.2 复合材料的类型和制备方法
• 1.2.1 复合材料的类型
• 1.2.2 金属基复合材料的制备方法
• 1.3 搅拌铸造法制备短碳纤维增强铝基复合材料性能的影响因素
• 1.3.1 短碳纤维与基体的界面
• 1.3.2 热处理工艺
• 1.3.3 挤压工艺
• 1.4 搅拌铸造法制备碳纤维增强铝基复合材料存在的问题
• 1.5 主要研究内容
• 1.5.1 制备短碳纤维增强铝基复合材料工艺研究
• 1.5.2 样品中碳纤维的体积分数对复合材料性能的影响
• 1.5.3 致密化工艺对复合材料性能的影响
• 1.6 技术路线
• 2 试验材料与复合材料性能检测方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 复合材料性能检测方法
• 2.2.1 成分测试方法
• 2.2.2 密度的测试方法
• 2.2.3 气孔率的测试方法
• 2.2.4 硬度测试方法
• 2.2.5 致密性的测试方法
• 2.2.6 抗拉强度与弹性模量的测试方法
• 2.2.7 样品组织观测及能谱分析
• 3 短碳纤维增强铝基复合材料的制备
• 3.1 复合材料的制备过程
• 3.1.1 概述
• 3.1.2 试验方法与试验过程
• 3.2 浇铸法制备的复合材料的成分
• 3.3 复合材料内部缺陷、形成原因及制备工艺优化
• 3.3.1 碳纤维分布不均匀
• 3.3.2 气孔率
• 3.3.3 碳纤维和基体的界面反应及损伤
• 3.4 复合材料成分分析
• 3.5 复合材料微观组织分析
• 3.6 复合材料的物理性能和力学性能
• 3.6.1 浇铸法制备的复合材料的密度
• 3.6.2 浇铸法制备的复合材料的致密性
• 3.6.3 浇铸法制备的复合材料的硬度
• 3.7 本章小结
• 4 复合材料致密化及其组织与性能研究
• 4.1 挤压态复合材料的微观组织
• 4.2 挤压态复合材料的密度
• 4.3 复合材料的致密性
• 4.4 复合材料的力学性能
• 4.5 复合材料的弹性模量
• 4.6 本章小结
• 5 结论
• 参考文献
• 致谢