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《哈尔滨工业大学》 2009年
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添加BaPbO_3颗粒的铝基复合材料的组织性能与高温变形研究

范国华  
【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BaPbO_3体积百分数为5%的BaPbO_3/2024Al和(Al_(18)B_4O_(33) + BaPbO_3)/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。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TB331

【参考文献】
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