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短纤维增强铝基复合材料制备工艺与性能研究

作　者: 赵文侠
导　师: 杨永顺
学　校: 河南科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 多晶氧化铝短纤维 预制体 铝基复合材料 气压浸渗 力学性能
分类号: TB333
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 126次
引　用: 2次
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内容摘要


随着汽车工业迅猛发展,传统单一的材料在性能上已经不能满足发展的需要,金属基复合材料（MMCs）以其良好的物理化学性能及可设计性迅速脱颖而出。金属基复合材料传统的制备工艺为挤压铸造法,该法成本较高,对设备要求较高,工艺较为复杂,且制件后续加工困难。为简化制备MMCs的传统工艺,降低成本,拓宽其在汽车工业中应用,本文尝试使用低压液态金属浸渗法制备铝基复合材料。液态浸渗法制备工艺分为两步:一是增强相预制体的制备;二是液态金属的浸渗。预制体的性能决定了复合材料的性能,本文系统地研究了预制体的制备工艺,对比了多种添加剂,经过实验确定了无机粘结剂偏磷酸铝溶液,有机粘结剂淀粉溶液,分散剂聚丙烯酸钠溶液（PAAS）,填充剂石墨颗粒及消泡剂正丁醇为最佳添加组分。通过正交实验对预制体制备工艺进行设计与筛选,并利用SEM,XRD对预制体内部组织进行观察分析,得到了预制体最佳制备工艺:原料配比A 9:1,原料配比B 1:10,烧结温度1050℃,保温时间2.5h,确定了烘干和烧结升温制度,制备出满足浸渗实验要求的预制体。本文研制了气压液态金属浸渗成型装置,并对复合材料的制备工艺、力学性能以及微观组织结构进行了研究。通过监控浸渗过程中温度场的变化,分析了液态金属在预制体内的流动形式对材料成型的影响。在液态金属浸渗过程中,临界浸渗压力、预制体预热温度、浸渗温度及保压时间等工艺参数对复合材料的致密度,界面结合性能有很大影响。本文计算了上述几个主要因素的理论值并结合实验得到了较为合适工艺参数:浸渗压力0.5MPa,升压速率为2KPa/s;浸渗温度800℃;保压时间1min;保温时间1h。本文初步探讨了短纤维增强机理,利用XRD、SEM及EDAX等仪器对液态浸渗法制备Al2O3sf/Al复合材料过程中所产生的缺陷进行了细致的观察与分析。结果表明复合材料主要缺陷为残留气孔、显微缩孔以及浸渗过程中产生的Mg2Si等夹杂颗粒,而界面反应程度比较微弱,对复合材料性能影响不大,可以通过调整预制体制备工艺及浸渗工艺参数,可以获得力学性能良好的复合材料。

全文目录


摘要  2-4
ABSTRACT  4-8
第1章 绪论  8-14
  1.1 铝基复合材料在汽车工业中的应用  8-9
  1.2 铝基复合材料的增强相  9-11
    1.2.1 连续增强体增强铝基复合材料  9-10
    1.2.2 非连续增强体增强铝基复合材料  10
    1.2.3 片层状增强体增强铝基复合材料  10-11
  1.3 铝基复合材料的制备方法  11-12
    1.3.1 固相法  11
    1.3.2 液相法  11
    1.3.3 原位自生法  11-12
  1.4 本课题研究的主要内容及意义  12-14
    1.4.1 课题研究的意义  12
    1.4.2 课题研究的主要内容  12-14
第2章 实验研究方法  14-24
  2.1 实验材料的选择  14-15
    2.1.1 基体材料  14
    2.1.2 增强材料  14
    2.1.3 其它材料  14-15
  2.2 实验方法  15-24
    2.2.1 预制体制备及工艺  15-17
    2.2.2 Al_20_(35f) /Al 基复合材料制备及工艺  17-24
第3章 预制体制备工艺及其优化  24-35
  3.1 预制体制备工艺  24-31
    3.1.1 纤维预处理  24-26
    3.1.2 预制体组成  26-29
    3.1.3 预制体模压成型  29-30
    3.1.4 预制体的烘干与烧结  30-31
  3.2 预制体制备工艺的优化  31-34
    3.2.1 工艺流程的优化  31
    3.2.2 工艺参数的优化  31-34
  3.3 本章小结  34-35
第4章 Al_20_(35f)/Al 复合材料浸渗成型  35-47
  4.1 铝基复合材料浸渗装置  35
  4.2 浸渗工艺参数的选择及复合材料的浸渗成型  35-37
    4.2.1 浸渗压力  35-36
    4.2.2 预制体预热温度  36
    4.2.3 浸渗温度  36
    4.2.4 其它影响因素  36-37
  4.3 铝基复合材料浸渗过程研究  37-45
  4.4 本章小结  45-47
第5章 Al_20_(35f)/Al 复合材料微观组织、力学性能  47-58
  5.1 复合材料显微组织  47-49
  5.2 复合材料的硬度  49
  5.3 复合材料的抗拉强度  49-57
    5.3.1 试验方法  49-50
    5.3.2 试验结果与分析  50-57
  5.4 本章小结  57-58
第6章 结论  58-59
参考文献  59-63
致谢  63-64
攻读硕士学位期间的研究成果  64

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 金属－非金属复合材料
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