添加BaPbO3颗粒的铝基复合材料的组织性能与高温变形研究

论文摘要

针对航天领域对材料高比刚度、高比强度、抗辐射和高阻尼性能的需要,本文采用粉末冶金和挤压铸造方法分别制备了BaPbO3体积百分数为5%的BaPbO3/2024Al和(Al18B4O33 + BaPbO3)/Al复合材料,分别简写为BPOp/2024Al和（ABOw+BPOp）/Al。采用DSC、XRD和TEM研究了两种复合材料的微观组织,测试了两种复合材料的室温拉伸性能、辐射防护性能、阻尼性能和热挤压热压缩变形性能,阐述了复合材料辐射防护和阻尼机制,探讨了热挤压热压缩变形机理。TEM和DSC分析结果表明,在复合材料制备过程中,BPOp与2024Al及Al基体分别发生化学反应,生成纳米级Pb颗粒和非晶相。在BPOp/2024Al复合材料中,Pb与非晶相以团簇形式分布于2024Al基体中,这一化学反应降低了BPOp/2024Al复合材料的室温拉伸性能;在（ABOw+BPOp）/Al复合材料中,Pb与非晶相以界面层形式分布于ABOw-Al界面处,含Pb界面层降低了界面结合强度,弱化了（ABOw+BPOp）/Al复合材料室温力学性能;ABOw的引入对（ABOw+BPOp）/Al复合材料具有显著补强作用。采用TEM首次确定了2024Al合金中复杂金属间化合物Al63.5Mn10.5Cu9.5Fe7.6Si8.9的点阵结构、测量了点阵常数,这一金属间化合物具有有序的体心立方结构,点阵常数大约为1.265nm。系统研究了复杂金属间化合物的形成机理及对BPOp/2024Al复合材料力学性能的影响。BPOp的引入明显提高了BPOp/2024Al和（ABOw+BPOp）/Al复合材料的辐射防护性能和阻尼性能。BPOp中含有重金属元素Ba、Pb,从而提高了复合材料的辐射防护性能。辐射防护计算结果与试验结果的吻合显示,制备过程中的化学反应不影响复合材料的辐射防护性能。BPOp/2024Al复合材料的阻尼能力明显依赖于Pb相的本征阻尼。（ABOw+BPOp）/Al复合材料阻尼性能明显依赖于Pb相的本征阻尼以及弱的界面结合引起的界面阻尼。BPOp/2024Al复合材料的热挤压和热压缩变形结果显示,随变形温度升高复合材料变形抗力降低,在Pb熔点以上变形时,热变形抗力明显降低。首先,温度升高,BPOp/2024Al复合材料基体发生回复、再结晶,基体软化;其次, Pb液相出现后,有效松弛了变形引起的局部应力集中,降低了BPOp/2024Al复合材料基体位错密度;另外,Pb液相力学性能极低,液相出现明显降低BPOp/2024Al复合材料力学性能,导致复合材料变形抗力降低。（ABOw+BPOp）/Al复合材料热挤压变形结果显示,（ABOw+BPOp）/Al复合材料热挤压变形抗力较ABOw/Al明显降低。一方面,含Pb界面层能有效的松弛变形过程中晶须附近的应力集中,减少晶须附近基体的变形位错;另一方面,液相Pb有利于界面滑动、晶须转动。（ABOw+BPOp）/Al复合材料热压缩变形表现出明显脆性材料压缩变形特征,主要是由于高温变形时,界面层弱化了ABOw-Al间界面结合强度,在剪切应力作用下,晶须大量拔出,导致沿与压缩方向呈45°平面脆性断裂。所以,（ABOw+BPOp）/Al复合材料热变形更适合于存在三向应力状态的热挤压变形。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 辐射防护材料的研究进展
• 1.2.1 辐射防护材料的防护机理
• 1.2.2 辐射防护材料的分类及其研究状况
• 1.3 非连续增强铝基复合材料的阻尼性能研究进展
• 1.3.1 第二相对于铝基复合材料阻尼性能影响
• 1.3.2 非连续增强铝基复合材料阻尼温度谱中的阻尼峰
• 1.4 非连续增强铝基复合材料的高温变形行为的研究进展
• 1.4.1 非连续增强铝基复合材料的热挤压变形
• 1.4.2 非连续增强铝基复合材料的热压缩变形
• 1.4.3 液相对铝基复合材料高温变形的影响机制
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 试验材料与试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 基体材料
• 2.1.2 第二相材料
• 2.1.3 复合材料
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 辐射防护性能测试
• 2.2.2 阻尼性能测试
• 2.2.3 高温热变形试验
• 2.2.4 室温力学性能测试
• 2.2.5 复合材料的微观组织观察
• 2.2.6 X 射线衍射试验
• 2.2.7 示差扫描热分析
• 2.2.8 红外光谱分析测试
• 3 颗粒的铝基复合材料的制备'>第3章 添加BaPbO₃颗粒的铝基复合材料的制备
• 3/2024Al 复合材料制备'>3.1 BaPbO₃/2024Al 复合材料制备
• 3 与2024Al 基体的化学反应的DSC 分析'>3.1.1 BaPbO₃ 与2024Al 基体的化学反应的DSC 分析
• 3 与2024Al 复合粉末形貌特征影响'>3.1.2 球磨时间对BaPbO₃ 与2024Al 复合粉末形貌特征影响
• 3 与2024Al 复合粉末反应的影响'>3.1.3 球磨过程控制剂对BaPbO₃ 与2024Al 复合粉末反应的影响
• 3 与2024Al 复合粉末的热压烧结与热挤压变形'>3.1.4 BaPbO₃ 与2024Al 复合粉末的热压烧结与热挤压变形
• 3/2024Al 复合材料的固溶时效处理'>3.1.5 BaPbO₃/2024Al 复合材料的固溶时效处理
• 18B₄O₃₃+BaPbO₃)/Al 复合材料的制备'>3.2 (Al₁₈B₄O₃₃+BaPbO₃)/Al 复合材料的制备
• 3 颗粒的分散'>3.2.1 A11884033 晶须与BaPbO₃颗粒的分散
• 3 颗粒的高温稳定性'>3.2.2 BaPbO₃颗粒的高温稳定性
• 18B₄O₃₃+BaPbO₃)/Al 复合材料的挤压铸造工艺制备'>3.2.3 (Al₁₈B₄O₃₃+BaPbO₃)/Al 复合材料的挤压铸造工艺制备
• 3.3 本章小结
• 3/2024Al 复合材料的微观组织与性能'>第4章 BaPbO₃/2024Al 复合材料的微观组织与性能
• 3/2024Al 复合材料的微观组织'>4.1 BaPbO₃/2024Al 复合材料的微观组织
• 3/2024Al 复合材料中化学反应产物的确定'>4.1.1 BaPbO₃/2024Al 复合材料中化学反应产物的确定
• 3/2024Al 复合材料中复杂金属间化合物'>4.1.2 BaPbO₃/2024Al 复合材料中复杂金属间化合物
• 3/2024Al 复合材料的室温拉伸性能'>4.2 BaPbO₃/2024Al 复合材料的室温拉伸性能
• 3/2024Al 复合材料的辐射防护性能'>4.3 BaPbO₃/2024Al 复合材料的辐射防护性能
• 3/2024Al 复合材料的阻尼性能'>4.4 BaPbO₃/2024Al 复合材料的阻尼性能
• 3/2024Al 复合材料室温阻尼-应变振幅谱'>4.4.1 BaPbO₃/2024Al 复合材料室温阻尼-应变振幅谱
• 3/2024Al 复合材料高温阻尼-温度谱'>4.4.2 BaPbO₃/2024Al 复合材料高温阻尼-温度谱
• 4.5 本章小结
• 18B₄O₃₃+BaPbO₃)/Al 复合材料的微观组织与性能'>第5章 (Al₁₈B₄O₃₃+BaPbO₃)/Al 复合材料的微观组织与性能
• 18B₄O₃₃+BaPbO₃)/Al 复合材料的微观组织'>5.1 (Al₁₈B₄O₃₃+BaPbO₃)/Al 复合材料的微观组织
• 18B₄O₃₃+BaPbO₃)/Al 复合材料的室温力学性能'>5.2 (Al₁₈B₄O₃₃+BaPbO₃)/Al 复合材料的室温力学性能
• 18B₄O₃₃+BaPbO₃)/Al 复合材料的辐射防护性能'>5.3 (Al₁₈B₄O₃₃+BaPbO₃)/Al 复合材料的辐射防护性能
• 18B₄O₃₃+BaPbO₃)/Al 复合材料的阻尼性能'>5.4 (Al₁₈B₄O₃₃+BaPbO₃)/Al 复合材料的阻尼性能
• 18B₄O₃₃+BaPbO₃)/Al 复合材料室温阻尼-应变谱'>5.4.1 (Al₁₈B₄O₃₃+BaPbO₃)/Al 复合材料室温阻尼-应变谱
• 18B₄O₃₃+BaPbO₃)/Al 复合材料高温阻尼-温度谱'>5.4.2 (Al₁₈B₄O₃₃+BaPbO₃)/Al 复合材料高温阻尼-温度谱
• 5.5 本章小结
• 3 颗粒的铝基复合材料的高温变形行为'>第6章 添加BaPbO₃颗粒的铝基复合材料的高温变形行为
• 3/2024Al 复合材料的高温变形'>6.1 BaPbO₃/2024Al 复合材料的高温变形
• 3/2024Al 复合材料的热挤压变形'>6.1.1 BaPbO₃/2024Al 复合材料的热挤压变形
• 3/2024Al 复合材料的热压缩变形'>6.1.2 BaPbO₃/2024Al 复合材料的热压缩变形
• 18B₄O₃₃+BaPbO₃)/Al 复合材料的高温变形'>6.2 (Al₁₈B₄O₃₃+BaPbO₃)/Al 复合材料的高温变形
• 18B₄O₃₃+BaPbO₃)/Al 复合材料的热挤压变形'>6.2.1 (Al₁₈B₄O₃₃+BaPbO₃)/Al 复合材料的热挤压变形
• 18B₄O₃₃+BaPbO₃)/Al 复合材料的热压缩变形'>6.2.2 (Al₁₈B₄O₃₃+BaPbO₃)/Al 复合材料的热压缩变形
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文及其它成果
• 致谢
• 个人简历