论文部分内容阅读
熔渗复合法是制备特殊工况条件下应用的高性能复合材料的重要方法之一。其工艺是将熔融状态金属或合金熔液借助外压力或毛细管力作用熔渗入微孔预制体的孔隙中，以制备高性能的复合材料。本文通过熔渗法制备网络互穿结构高温自润滑复合材料的熔渗复合动力学的理论分析和数值模拟，完善了低孔隙度微孔预制体的熔渗理论，并建立熔渗工艺参数的优化机制。基于对熔融固体润滑剂与微孔预制体在真空压力条件下的熔渗机理和熔渗工艺的分析，建立了低孔隙度微孔预制体的熔渗复合动力学模型，并分别从热力学和动力学角度出发建立了熔渗深度和熔渗量与熔渗工艺参数之间的关系表达式，以研究熔渗压力、熔渗时间、熔渗温度和润湿角对熔渗量的影响。结果表明，熔渗速度和熔渗量与熔渗压力p的1/2次方成正比，熔渗速度与熔渗时间t的1/2次方成反比，熔渗温度对熔渗速度和熔渗量的影响主要是因为温度引起熔渗液的表面张力、粘度以及与固相润湿角的变化。通过粉末烧结制备多孔材料的成型工艺及其孔隙演化机制分析，建立了微孔预制体的孔径分布函数。引入连续介质和分布阻力的概念，根据预制体的连续介质模型，通过对渗透率和孔隙率的分析，计算出压力损失系数，并将其以分布阻力的形式赋予多孔连续介质，使微孔预制体的微观孔隙从实质上影响熔渗液的渗流，从而建立有效的ANSYS仿真模型，并以60Pb40Sn熔渗TiC-FeCrWMoV系微孔预制体为例验证了模型的正确性。真空压力熔渗过程的数值分析及其仿真模拟结果表明：熔渗温度不变的前提下，不同熔渗压力条件下的熔渗速度和熔渗量与时间的变化曲线的趋势相同，熔渗前期，随着熔渗压力的增加熔渗速度和熔渗量的增加比较明显，随着熔渗的继续进行，压力的增大引起的熔渗速度和熔渗量的增加值减少，到熔渗后期熔渗速度逐渐的趋于零。在一定的温度下熔渗压力大于一定值（临界压力），复合材料的熔渗量趋于常数。通过分析比较得到60Pb40Sn复合固体润滑剂熔渗TiC-FeCrWMoV系合金微孔预制体时，400℃、500℃、550℃和600℃温度下的临界压力分别为7MPa、6MPa、5.5MPa、4.5MPa。基于真空压力熔渗过程的数值分析及其仿真模拟的结果，结合各熔渗工艺参数之间的交互作用因素，采用正交表进行试验组合设计和仿真计算，并对结果进行方差分析、验证，确立了真空压力熔渗法制备高温自润滑复合材料时，熔渗工艺参数（熔渗温度、熔渗压力和熔渗时间）的选取原则及其优化机制。