搅拌摩擦加工制备CoCrFeNiMnp/6061Al复合材料组织及力学性能研究

来源 :西安建筑科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:song52535
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
铝基复合材料具有优异的比强度、高硬度和良好的耐磨性能而受到广泛关注,传统方法制备铝基复合材料过程中会发生熔化,导致增强相颗粒与铝基体发生反应生成脆性金属间化合物,而传统金属颗粒、陶瓷颗粒和金属玻璃等增强相存在与铝基体润湿性差,易反应和稳定性差等缺点。针对以上问题,本研究提出了搅拌摩擦加工(Friction stir processing,FSP)制备铝基复合材料,并采用高熵合金(High-Entropy Alloy,HEA)颗粒作为增强相以改善传统增强相颗粒与铝基体界面结合能力差的问题。本研究采用水下FSP技术制备Co Cr Fe Ni Mnp/6061Al复合材料,采用光学显微镜、扫描电子显微镜和电子背散射衍射等技术表征了复合材料的微观组织,采用显微硬度、横向拉伸和摩擦磨损等试验方法评价了材料的力学性能,主要围绕复合材料硬度分布、拉伸和摩擦磨损性能开展系统研究。在研究不同搅拌头旋转速度、不同HEA粒径和“固溶+时效”热处理对复合材料微观组织演变规律的基础上,重点研究了不同工艺条件对复合材料硬度分布、拉伸和摩擦磨损性能的影响规律。通过上述研究,建立了复合材料微观组织与力学性能的构效关系,阐明HEA增强相对复合材料力学性能的作用机理。水下FSP过程中,复合材料发生动态再结晶,晶粒细化,而加入HEA颗粒会进一步细化晶粒。在材料剧烈塑性流动作用下,HEA颗粒均匀分布在铝基体上,加工区中心区域HEA颗粒与铝基体之间发生扩散,形成光滑无新相生成的结合界面。其中旋转速度1000 rpm、HEA粒径5~10μm条件下,复合材料微观组织结构最佳,其平均晶粒尺寸为2.35μm,再结晶晶粒比例分数为72.1%,且大角度晶界比例分数为60.9%;在相同工艺条件下,复合材料力学性能最好,其极限抗拉强度为263 MPa,达到6061-T6铝基体(304 MPa)的86.5%,相比FSP-Al试样(未添加HEA颗粒的FSP试样)(193 MPa)提高了36.3%;延伸率为44%,相比6061-T6铝基体(36.8%)提高了19.6%,达到FSP-Al试样(54.7%)的80.4%。复合材料硬度变化与抗拉强度变化趋势相同。水下FSP过程中,HEA颗粒均匀分布,且与铝基体界面结合良好,同时HEA颗粒粒子激发形核机制促进了动态再结晶过程,有利于细化晶粒。HEA颗粒弥散强化、HEA颗粒与铝基体界面载荷传递强化和再结晶晶粒细晶强化效果极大地提高了复合材料的力学性能,但是661-T6铝合金自身沉淀相发生固溶,沉淀强化效果减弱降低了复合材料的力学性能。“时效+固溶”热处理后,10-AMCs试样(FSP转速:1000 rpm,粒径5~10μm)平均晶粒尺寸由2.35μm增加至2.54μm,仍保持细晶组织;热处理过程中,HEA颗粒与铝基体界面发生扩散,产生约200 nm厚的界面层,界面层有BCC+FCC结构的新相生成,有利于增强界面结合,提高材料力学性能。热处理后,T6-10-AMCs试样(热处理后的10-AMCs试样)的抗拉强度提升至348 MPa,与热处理前相比,提高了32.3%,而延伸率降低至31.5%,降低了28.4%;与6061-T6铝基体相比,抗拉强度提高了14.5%,延伸率达到6061-T6铝基体的85.6%。FSP后,与铝基体相比,FSP-Al试样平均摩擦系数由0.4491升高到0.5287,加入HEA增强相后,10-AMCs试样的平均摩擦系数为0.4855,热处理后,T6-10-AMCs试样平均摩擦系数减小至0.3188,磨损率达到最低1.2×10-5 g/(N·m)。铝基体主要发生磨粒磨损和少量剥离磨损,FSP-Al试样主要发生塑性变形和粘着磨损,10-AMCs试样主要发生粘着磨损、剥离磨损和磨粒磨损,T6-10-AMCs试样主要发生磨粒磨损。
其他文献
无论是在人们日常生活中还是工业生产过程中,都需要合适的湿环境。当多孔调湿材料所处的湿环境周期性变化时,便会体现出材料的湿缓冲能力,即对水蒸气的“高吸低放”。材料的湿缓冲能力应用在建筑中时,可起到调节室内湿环境的作用。辐射供冷空调因其室内舒适性好和节能效益显著等特点而具有相当大的应用前景,但冷板表面结露问题在很大程度上制约着其实际应用范围。冷板表面结露现象一般出现在室内开窗或湿负荷突然显著增大等情况
学位
Tropical代数是指代数系统(T=R∪{-∞},⊕,(?)),其中⊕表示取最大值,(?)表示取普通加法。Tropical代数是代数理论的一个重要研究对象,Tropical矩阵乘法半群是Tropical代数的一个主要研究内容,包括其上乘法半群的结构、格林关系、正则性、富足性等。近年来,Tropical矩阵乘法半群的研究成为一个热点课题。本文主要研究了Tropical矩阵乘法半群的性质和结构。首先
学位
近年来随城市快速发展更新改造成为必然趋势,不可避免的降低城市生活环境质量影响公众身心健康,凸显健康问题。应对于此国家颁发重要文件,发布健康中国2030规划纲要提出要提升民众健康水平、实现民众对于美好生活质量需求,将全民健康上升到国家战略。在此背景下城市老旧社区进行景观更新改造时,借助于景观手段从多角度、多方面提升城市老旧社区环境质量、满足人们对健康生活的需求,在实现城市社区更新改造的同时达到提升公
学位
工业网络控制技术随着移动物联网的飞速发展也随之不断进步,在新的网络控制理论架构中,工业软总线技术成为了关键技术之一。柔性智能制衣流水线是由多个缝制智能体结合工业分布式软总线实现无线可自由组合控制和柔性布局的智能制衣多智体系统,对此研究具有重要意义。本文将工业分布式软总线技术应用到各缝制智能体之间的配合上,研究柔性智能制衣流水线的无线可组合控制功能和柔性布局功能,研究了虚拟世界的虚拟柔性智能制衣多智
学位
机器视觉技术快速发展,双目视觉作为其中的重要领域之一,已经逐渐应用于我们的生产和生活的各个领域中。双目视觉通过两只摄像机组成视觉系统代替人眼观测世界,从不同的角度去观测目标物,利用计算机图像处理技术提取二维图像特征信息,推测目标三维信息,从而获得目标世界真实坐标。目前,纺织车间自动挂纱大多采用的还是人工挂纱的方式,自动化程度低,本文依据一款自主设计的挂纱装置,基于双目视觉技术,采用立体匹配,进行对
学位
随着制造业向智能制造方向的转型升级,桁架机器人在物流运输工业中被广泛运用,已成为智能制造业中不可或缺的一部分。而桁架机器人在实际工作中产生的变形和振动以及运动轨迹的选择将会直接影响其加工精度、稳定性以及能耗。传统的设计方法变的越来越难以满足现代制造业的要求。因此亟需寻求更精确、高效的现代设计方法来解决这一问题。本文将主要采用理论分析、仿真分析、与现场试验相结合的方法对桁架机器人的动态特性及轨迹规划
学位
土木工程结构中的钢构件在长期服役中可能发生腐蚀,直接影响到局部构件和整体结构的安全性和稳定性。开展针对钢构件腐蚀缺陷的无损检测技术的应用基础研究,对钢结构服役安全十分必要。本文以钢板和圆钢两类典型钢构件为研究对象,通过分析不同构件的腐蚀缺陷特点和励磁机理差异,实施了传统磁轭激励和环绕线圈激励的两种不同励磁方式开展漏磁无损检测实验研究,测量了腐蚀程度和作用区域等腐蚀参数下的漏磁信号变化,并结合有限元
学位
高性能纤维及其复合材料的编织物具有良好的综合性能,已经被广泛的应用于航空航天、交通运输、消防医疗等领域。高性能纤维编织物的快速发展离不开性能优异的编织设备,与其他国家相比较,我们对编织技术的研究起步较晚,所以我们的编织机自动化程度较低、稳定性较差、适用范围较窄。因此,展开对二维管状编织机及编织工艺的研究对提高编织机的自动化程度和扩大编织物的使用范围具有重要的意义。本文基于二维编织原理,从通用性和稳
学位
厌氧消化技术能将有机废弃物转化为清洁能源甲烷,因此,近年来在污水处理厂污泥处理中受到青睐,然而,污泥厌氧消化由于水解过程缓慢而效果并不理想。过氧化物预处理有望促进污泥水解从而提高甲烷产率,但过氧化物的使用类型、使用纯度、使用剂量等操作问题及其对不同类型污泥的影响尚不清楚。鉴于此,本文以A~2/O工艺产生的不同污泥为研究对象,首先优选了最佳过氧化物,然后研究了最佳过氧化物预处理对初沉污泥和剩余污泥的
学位
随着汽车行业的不断发展,在众多地方停车位的供需出现严重不平衡现象,“一位难求”的问题也成为了许多人的困扰。针对“停车难”的问题,本文以水平循环吊篮式立体车库为研究对象,研究一套水平循环吊篮式立体车库存取车控制系统方案,以搭建实验模型进行验证。首先对吊篮运动过程中不干涉条件优化分析,利用MATLAB软件对水平循环吊篮式立体车库的结构框架进行设计研究,便于为搭建实验模型提供参考;其次,基于排队论在存车
学位