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7075铝合金热处理及其表面复合层的制备研究

作　者: 林英英
导　师: 刘成龙
学　校: 重庆理工大学
专　业: 材料学
关键词: 7075铝合金热处理搅拌摩擦加工复合材料层摩擦磨损
分类号: TG166.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

作为可热处理强化的高强铝合金，7075铝合金具有优异的力学性能、良好的成形性，但其耐磨性能差，限制了其在航空、航天及汽车等工业领域的广泛应用。本文利用搅拌摩擦加工（friction stir processing, FSP）技术在7075铝合金表面制备含SiC与MoS2添加相的复合材料层，旨在有效改善该合金表面的摩擦磨损性能，而不影响该合金固有的优良特性。热处理改变了7075铝合金的内部组织结构，使7075铝合金组织中的难溶相和第二相均发生了不同程度的溶解和扩散。合金的硬度和强度随着固溶温度（480℃以内）的升高及保温时间（3h内）的延长而提高。铝合金经过475℃1h的固溶处理后，在120℃时效过程中，合金的硬度随时效时间的延长呈下降趋势，而其抗腐蚀性能随着时效时间的增加先增强后减弱。时效24h后，合金的硬度可达191.62HV；时效36h后，合金在3.5%NaCl溶液中表现出最好的耐腐蚀性能。虽然固溶、时效处理可有效改善7075铝合金的硬度、强度和腐蚀性能，但对其摩擦磨损性能的影响程度较低。利用搅拌摩擦加工技术在7075铝合金表面成功获得了含有SiC与MoS2添加相的复合材料层。测试结果表明，随着搅拌道次的增加，添加相在基体材料中分散的越来越均匀，且组织中的缺陷（孔洞、疏松等）明显减少。复合层搅拌摩擦区的硬度较基体材料和热影响区均明显增加。FSP制备工艺对复合材料层硬度的影响顺序为：搅拌道次＞旋转速度＞移动速度＞偏转角度＞体积比。冲击断口形貌表明，添加相分散越均匀，复合层与基体间的界面结合力越大，冲击韧性越好。FSP制备工艺对冲击韧性影响程度大小的顺序为：搅拌道次＞移动速度＞体积比＞旋转速度＞偏转角度。与7075铝合金相比，添加相的存在会提高复合材料层发生腐蚀的倾向性。7075铝合金中的腐蚀主要发生在第二相夹杂物周围形成。而复合材料层中SiC颗粒周边容易成为腐蚀破坏的主要区域。复合材料层中SiC颗粒尺寸大小影响着其耐蚀性的高低。SiC颗粒的尺寸越小，复合材料层的耐蚀性能越好。摩擦磨损性能测试结果表明，复合材料层的耐摩擦磨损性较7075铝合金基体相比明显提高，且磨损形式由原来的粘着磨损转变为磨粒磨损。影响复合材料层摩擦磨损行为的制备工艺条件依次为：搅拌道次＞体积比＞移动速度＞旋转速度＞偏转角度。本文利用正交试验分析并优化了在设定的因素水平下制备含有SiC与MoS2增强相的高强韧性7075铝合金复合材料层的最优工艺为：SiC与MoS2的体积比为2:1、搅拌头的旋转速度为750rpm、移动速度为67.5mm/min、偏转角度为2°、搅拌道次为4次。制备具有较优耐磨和耐蚀性能的复合材料层最佳工艺为：添加相SiC和MoS2的体积比为2:1、旋转速度为750rpm、偏转角度为1°、移动速度为47.5mm/min、搅拌道次为4次。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-26
  1.1 热处理对高强铝合金力学性能和腐蚀性能的影响  10-12
  1.2 铝合金表面改性技术  12-14
    1.2.1 激光表面改性  12
    1.2.2 阳极氧化  12-13
    1.2.3 等离子体表面改性  13
    1.2.4 热喷涂技术  13
    1.2.5 电子束表面改性  13
    1.2.6 电镀  13-14
    1.2.7 化学镀技术  14
    1.2.8 其他方法  14
  1.3 搅拌摩擦加工技术  14-24
    1.3.1 搅拌摩擦加工的机理  14-15
    1.3.2 搅拌摩擦加工技术特点  15-16
    1.3.3 铝合金表面的搅拌摩擦加工技术的应用  16-24
  1.4 课题的研究意义及内容  24-26
    1.4.1 课题的研究意义  24
    1.4.2 课题的主要研究内容  24-25
    1.4.3 技术路线  25-26
第二章实验内容  26-34
  2.1 实验材料及加工方法  26-27
  2.2 实验方法及性能测试  27-34
    2.2.1 热处理工艺  27-29
    2.2.2 搅拌摩擦加工（FSP）  29-34
第三章热处理对 7075 铝合金性能的影响  34-48
  3.1 不同热处理条件下 7075 铝合金的微观组织分析  34-38
    3.1.1 不同固溶处理条件下 7075 铝合金的微观组织观察  34-36
    3.1.2 不同时效处理制度下 7075 铝合金的微观组织观察  36-38
  3.2 热处理对 7075 铝合金力学性能和腐蚀行为的研究  38-44
    3.2.1 热处理对 7075 铝合金硬度的影响  38-40
    3.2.2 热处理对 7075 铝合金拉伸性能的影响  40-41
    3.2.3 热处理对 7075 铝合金腐蚀行为的影响  41-44
  3.3 热处理对 7075 铝合金摩擦磨损性能的研究  44-47
    3.3.1 热处理对摩擦磨损性能的影响  45-46
    3.3.2 表面磨损形貌观察  46-47
  3.4 小结  47-48
第四章复合材料层的制备、微观组织观察及力学性能研究  48-64
  4.1 复合材料层的制备  48-50
    4.1.1 实验方案  48-49
    4.1.2 复合材料层的制备  49-50
  4.2 铝基复合材料层的微观组织观察和力学性能测试  50-60
    4.2.1 微观组织观察  50-55
    4.2.2 复合材料层的力学性能研究  55-60
  4.3 正交试验结果分析  60-62
  4.4 小结  62-64
第五章复合材料层腐蚀性能及摩擦学性能研究  64-78
  5.1 复合材料层电化学腐蚀试验结果分析  64-71
    5.1.1 电位—时间曲线  64-65
    5.1.2 极化曲线测试  65-66
    5.1.3 电化学交流阻抗谱分析  66-68
    5.1.4 腐蚀形貌观察  68-71
  5.2 复合材料层的摩擦磨损性能研究  71-75
    5.2.1 磨损性能分析  71-73
    5.2.2 磨痕表面形貌分析  73-75
  5.3 正交试验结果分析  75-77
  5.4 小结  77-78
第六章结论与展望  78-80
  6.1 结论  78-79
  6.2 展望  79-80
参考文献  80-85
致谢  85-86
个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果  86

7075铝合金热处理及其表面复合层的制备研究

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