基于搅拌摩擦加工法制备B4C/BN-A1表面复合材料

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铝及铝合金产品密度低,比强度高,耐蚀性好而广泛应用于航天、航海、航空、汽车、建筑等领域,但是由于铝合金的耐磨性较差,工业中的应用受到了一定的限制。采用搅拌摩擦加工法制备颗粒增强铝基表面复合材料可以提高铝合金表面的耐磨性同时保持铝合金原有的优良力学性能,然而搅拌摩擦加工法在制备该材料时,往往会遇到颗粒分布不均匀的问题。采用具有片层状颗粒与硬质颗粒相混合的颗粒增强形式,可以提高硬质颗粒分布的均匀性,因此本文通过搅拌摩擦加工法制备B4C/BN混杂颗粒增强铝基表面复合材料,通过模拟与实验结合的方式研究颗粒分布规律,通过对单种颗粒增强铝基表面复合材料设计正交试验找到混杂颗粒增强铝基表面复合材料的制备工艺,制备混杂颗粒增强铝基表面复合材料分别采用BN占总颗粒的质量比为:0%、10%、30%、50%、100%。具体的研究结果如下:(1)在ABAQUS上建立搅拌摩擦单道次加工的热力耦合动力学模型进行模拟,模拟结果表明:复合层温度场分布不对称,前进侧温度高于后退侧;通过设置示踪粒子模拟了颗粒运行轨迹、颗粒分布情况,颗粒在前进侧分布范围更广,更容易在距离复合层表面2mm以内的区域分布。(2)通过1~4道次加工制备B4C-Al表面复合材料发现:多道次加工可以改善由于颗粒团聚引起的孔洞缺陷,不同道次之间改变加工方向使颗粒分布更为均匀,四道次加工后,孔洞缺陷消失,颗粒分布均匀。(3)本文通过设计正交试验制备了不同工艺参数的B4C-Al表面复合材料,方差分析中发现因素之间存在着相互作用,因此制备混杂颗粒增强铝基表面复合材料的工艺参数选择9组正交试验中具有较好力学性能的参数:转速700rpm、加工速度60mm/min、压下量0.2mm。(4)制备混杂颗粒表面复合材料发现,当只添加BN时获得了最小的晶粒尺寸,为2.95μm,主要是因为BN为动态再结晶行为提供了形核点;随着BN含量的提高,搅拌区中的富铁相越细小。(5)对颗粒增强铝基表面复合材料进行硬度、耐磨性、耐蚀性分析可知:仅添加B4C颗粒的表面复合材料硬度最高、耐蚀性最好,当BN质量占比为50%时耐磨性最好,颗粒增强铝基表面复合材料的耐蚀性均强于母材。
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