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《郑州大学》 2010年
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微/纳米颗粒增强铝基复合材料的制备及性能研究

李凯  
【摘要】: 颗粒增强铝基复合材料兼有铝合金和增强颗粒的优点,具有高的比强度和比模量、良好的导热和导电性以及优良的耐磨性等性能,在航天航空、汽车、电子、先进武器系统中均具有广阔的应用前景。颗粒的粒度和种类对颗粒增强铝基复合材料的性能具有重要的影响,多尺度、多种类的颗粒增强铝基复合材料较单一尺度、单一物相颗粒增强的铝基复合材料性能更加优良、均衡。 本文采用液相包裹的方法对微米级的SiC颗粒进行表面预处理,在其表面均匀地包裹上纳米级的CuO颗粒。利用X-射线衍射仪、差示扫描量热仪、扫描电子显微镜、Zeta电位仪等对SiC/CuO复合粉体的成分与结构进行表征;利用搅拌铸造-原位反应的方法,制备SiC/Al2O3-微/纳米颗粒增强铝基复合材料,通过对复合材料力学性能(抗弯强度、布氏硬度)、摩擦磨损性能(摩擦系数、磨损量)以及显微结构的表征,研究制备工艺参数对复合材料组织结构与性能的影响;最后,对制备的微/纳米颗粒增强铝基复合材料进行了T6热处理,研究热处理工艺对复合材料性能的影响,确定最佳的热处理工艺。 研究结果表明:利用液相包裹法,可以在经过高温氧化处理的SiC颗粒表面均匀的包裹上一层平均粒度约为50 nm的CuO颗粒,包裹效果受反应体系温度和SiC表面状态的影响。对SiC/CuO复合粉体进行热分析发现:复合粉体与Al在800℃即开始发生铝热反应,到815℃时反应剧烈进行;利用搅拌铸造-原位反应的方法可以制备出SiC/Al2O3-微/纳米颗粒增强的铝基复合材料,材料性能分析表明:复合粉体含量4wt.%、反应温度825℃、反应时间20 min时获得的复合材料的性能最佳,抗弯强度、布氏硬度分别达到486 MPa和164.8 HB,摩擦系数降低25%,磨损量由1.62 mg降低到0.05 mg; SiC/Al2O3-微/纳米颗粒增强铝基复合材料的强化是由位错强化、细晶强化和Orowan弥散强化三种机制共同作用,磨损则是氧化磨损、剥层磨损和磨粒磨损循环进行;SiC-Al2O3微/纳米颗粒增强铝基复合材料具有明显的热处理强化效果,最佳的T6热处理工艺为:固溶温度515℃,固溶时间5 h,时效温度165℃,时效时间6h;在该条件下,获得的复合材料的抗弯强度:584 MPa,布氏硬度:181 HB,摩擦系数:0.3508。
【学位授予单位】:郑州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TB383.1;TB331

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【引证文献】
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