原位制备铝基复合材料的热处理工艺及力学性能研究

论文摘要

与传统的金属材料相比,铝合金及其复合材料具有比强度、比刚度高、加工成形性好、尺寸稳定性强和耐腐蚀性好等一系列优点,所以在汽车、电子、航空航天等工业领域具有极其广阔的发展前景。本文采用高能超声辅助原位反应法制备Al3Ti/7075铝基复合材料,解决了传统方法下制备的复合材料中增强颗粒分布不均匀与及增强颗粒与基体界面结合不好等问题。对制备的铝基复合材料显微组织、物相及力学性能进行分析,结果表明：Al3Ti增强颗粒在基体中分布均匀,晶粒组织细小,Al3Ti颗粒与基体界面结合良好。为进一步提高复合材料的力学性能,采用箱式热处理炉、显微硬度器、SEM电镜、能谱分析仪对Al3Ti/7075复合材料固溶和时效处理进行分析,结果表明：复合材料的单级固溶处理的最佳方法为480℃/5h,复合材料经此条件固溶处理后,第二相能够较好的回溶到基体内且不会发生晶粒长的的现象。随着固溶温度继续升高,溶质原子溶入有限,溶质原子带来的强化效果不大,合金硬度有下降的趋势,当固溶温度达到520℃时,出现了组织过烧现象。复合材料的双级固溶处理最佳方法为440℃/3h+480℃/2h,与单级固溶处理相比,复合材料在此条件下固溶处理后,复合材料能够达到最大固溶度,第二相回溶更充分且硬度达到固溶处理最大值。进而对复合材料时效行为进行分析,结果表明：基体合金和复合材料在同一温度下时效时,复合材料到达时效峰的时间要比基体合金短；在同一温度下,之所以Al3Ti/7075铝基复合材料的硬度值要比基体的高,主要是因为采用了高能超声法,使复合材料晶粒细化及原位反应生成的Al3Ti颗粒能够均匀分布在基体中。采用M-2000型磨损实验机、扫描电镜和电子天平对铸态Al3Ti/7075复合材料及基体进行干摩擦滑动磨损实验,结果表明：复合材料和基体的磨损现象都是若干种磨损机理的综合作用的结果；随着摩擦速度和载荷的增加,复合材料和基体的磨损率逐渐升高；从整体上来讲,在同一摩擦条件下,复合材料的耐磨损性能高于基体；在低载荷磨损时,由于复合材料中增强颗粒的存在,使得复合材料磨损性能要比基体好；随着载荷加大,增强颗粒会松动,从基体中脱落或者断裂,这势必减少了摩擦接触面积,断裂的其他部分仍在基体中起到增强作用从而提高复合材料的磨损性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 铝基复合材料发展概况
• 1.2.1 复合材料的概念及性能特点
• 1.2.2 铝基复合材料的主要类型
• 1.2.3 铝基复合材料的性能特点
• 1.2.4 铝基复合材料的发展与其应用
• 1.3 颗粒增强铝基复合材料制备方法
• 1.4 高能超声制备金属基复合材料的研究现状及前景
• 1.4.1 超声波的定义及其发展状况
• 1.4.2 超声波在制备颗粒增强金属基复合材料的声学效应
• 1.4.3 超声波制备颗粒增强金属基复合材料研究现状
• 1.5 铝基复合材料的热处理
• 1.5.1 Al-Zn-Mg-Cu系铝合金常用热处理制度
• 1.5.2 铝合金热处理工艺的发展现状
• 1.5.3 颗粒增强铝基复合材料热处理概述
• 1.6 金属基复合材料摩擦磨损研究发展现状
• 1.6.1 概述
• 1.6.2 复合材料磨损性能的参数
• 1.6.3 颗粒增强铝基复合材料摩擦磨损性能的影响因素
• 1.7 本课题的研究意义和主要内容
• 第2章 实验方法
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料的选择
• 2.2.1 基体材料
• 2.2.2 增强颗粒的选择
• 2.2.3 复合材料制备方法
• 2.3 Al3Ti/7075铝基复合材料热处理方法
• 2.3.1 固溶处理
• 2.3.2 时效处理
• 3Ti/7075铝基复合材料磨损实验方法'>2.4 Al₃Ti/7075铝基复合材料磨损实验方法
• 2.4.1 复合材料磨损实验方法
• 2.4.2 磨损试样检测与分析方法
• 2.5 检测方法与分析设备
• 2.5.1 组织分析设备
• 2.5.2 铝基复合材料力学性能测试设备
• 2.5.3 铝基复合材料热处理设备
• 2.5.4 热处理试样检测与分析方法
• 第3章 7075铝基复合材料热处理工艺研究
• 3.1 引言
• 3.2 超声制备Al3Ti/7075铝基复合材料的组织形貌
• 3.3 单级固溶对复合材料组织和性能的影响
• 3.3.1 不同固溶温度对复合材料显微组织影响
• 3.3.2 不同固溶时间对复合材料显微组织影响
• 3.4 双级固溶对复合材料组织和性能的影响
• 3.4.1 第二级固溶温度和时间对复合材料硬度的影响
• 3.4.2 双级固溶后X射线衍射图谱
• 3.5 复合材料的时效处理强化行为
• 3.5.1 时效处理分析
• 3.5.2 复合材料时效处理的显微组织
• 3.5.3 复合材料时效处理的显微硬度
• 3.5.4 复合材料时效强化微观机理分析
• 3.6 不同状态下基体与复合材料硬度的比较
• 3.7 本章小结
• 第4章 铝基复合材料磨损性能及力学性能测试
• 4.1 引言
• 4.2 基体及复合材料的磨损质量损失与载荷的关系
• 4.3 复合材料的磨损机理与讨论
• 4.3.1 基体和复合材料磨损表面SEM形貌
• 4.3.2 磨屑SEM形貌
• 4.4 复合材料的力学性能测试
• 4.4.1 基体和复合材料的拉伸性能
• 4.4.2 复合材料的拉伸断口分析
• 4.4.3 复合材料强化机理
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果