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原位制备铝基复合材料的热处理工艺及力学性能研究

李岩  
【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。


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