论文部分内容阅读
该文研究采用XD法制备高体积分数的Al-TiO<,2>和Al-TiO<,2>-B系铝基复合材料及其工艺,同时对超声稀释原位反应烧结块的工艺进行了系统的研究,并利用金相显微镜、扫描电镜、X衍射仪等设备对原位反应和超声稀释复合材料的微观组织进行了分析,同时利用电子拉伸试验机、热循环分析仪、摩擦磨损试验机等设备对材料的力学性能和磨损性能及其机理进行了分析.采用球磨技术、真空反应技术探索高体积分数的Al-TiO<,2>和Al-TiO<,2>-B系铝基复合材料的制备工艺,得出了最佳的工艺参数:球粉比为4:1,球磨时间为2小时,升温速度为20℃/min,保温时间为10分钟.利用超声设备、电炉等设备进行了超声稀释原位反应烧结块工艺的研究,得出了最佳的超声稀释工艺参数:超声功率为1kW,稀释温度为750℃,超声时间20~60秒.对XD法制备的复合材料的显微组织观察表明,对于Al-TiO<,2>系,增强相为细小颗粒Al<,2>O<,3>和棒状Al<,3>Ti的形貌随着增强相体积分数的增加逐渐由细而长的棒状变为短而粗.对于Al-TiO<,2>-B系,随着B粉的加入,一方面有效的抑制了棒状物Al<,3>Ti的产生,并使棒状Al<,3>Ti的形貌发生了变化,同时细化了晶粒.当B/TiO<,2>摩尔比为2时,棒状Al<,3>Ti基本消失,增强相为细小的Al<,2>O<,3>和TiB<,2>颗粒,大小为10-10<2>nm数量级.利用热循环分析仪等设备考察了XD法制备的Al-TiO<,2>和Al-TiO<,2>-B系复合材料的低周热循环行为,结果表明:虽然纯铝和复合材料热循环后均产生了残余应变和滞后环,但复合材料热循环应变的各项指标均比纯铝基体大大降低,具有较小的内耗功和较好的热稳定性,并且随着增强相体积分数的增加,材料的热膨胀系数和残余应变逐渐减少,说明Al<,3>Ti、Al<,2>O<,3>和TiB<,2>陶瓷颗粒能有效的减少材料的热膨胀系数和残余应变,并且可以预测其具有较高的热疲劳寿命.利用电子拉伸试验机等设备对超声稀释Al-TiO<,2>和Al-TiO<,2>-B系不同增强相体积分数的复合材料的抗拉性能作了测试,结果表明:超声稀释复合材料的抗拉强度比纯铝都有较大的提高,随着增强相体积分数的增加,复合材料的抗拉性能也随着提高.在相同增强相体积分数下,复合材料的抗拉强度随着B/TiO<,2>摩尔比的增加而提高,当B/TiO<,2>摩尔比为2时,材料具有最高的抗拉强度,其中Al-TiO<,2>-B2.0系体积分数为9％的材料的抗拉强度达到151Mpa,比纯铝提高71.6％.对拉伸断口SEM照片的分析表明:对于Al-TiO<,2>系,其强化理论为主要为Orowan理论和Ansell-Lenel理论.对于Al-TiO<,2>-B系,其强化理论主要为Orowan理论和晶界强经理论,兼有Ansell-Lenel理论.利用摩擦磨损试验机等设备对超声稀释Al-TiO<,2>和Al-TiO<,2>-B系复合材料的耐磨性能进行了测试,结果表明:超声稀释复合材料的耐磨性比纯铝都有很大的提高,并且随着增强相体积分数的增加,材料的耐磨性也随着提高.在相同增强相体积分数下,随着B/TiO<,2>摩尔比的增加,复合材料的耐磨性也随着提高,当B/TiO<,2>摩尔比为2时,材料具有最好的耐磨性能,其中Al-TiO<,2>-B2.0系增强相体积分数为9％试样,在P=40N,V=1m/s,S=600m工况下的磨损量仅为纯铝的五分之一左右.对磨损表面SEM照片的分析表明:纯铝的磨损机理主要为粘着磨损,Al-TiO<,2>系复合材料的磨损机理以磨粒磨损为主,兼有疲劳磨损和粘着磨损,而Al-TiO<,2>-B系的磨损机理以粘着磨损为主,兼有磨粒磨损和疲劳摩损.