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随着复合材料科学的研究与进展,复合材料的制备方法越来越引起科学工作者的关注,其中金属增韧的复合材料由于其优良的综合性能而逐渐成为复合材料制备工艺中的重要研究对象。传统的Al/A12O3复合材料成形一般采用粉末冶金法、直接氧化和液态金属浸渗等工艺。但是这些工艺方法存在致密性差、制品的尺寸和形状受到限制或者工序复杂、成份不易控制等缺点。因此寻找一种能够快速成形致密性好、形状复杂制件的成形工艺便成为必然。 本文在传统粉末成形理论的基础上,结合半固态金属成形理论,提出了Al/A12O3复合材料伪半固态触变模锻工艺制备金属增韧复合材料的新工艺。其主要研究内容是选择两种熔点相差较大的物相,研究其相互润湿性及改善措施;进行物相均匀混合与压制,研究坯料的组织结构及致密性;通过二次加热重熔,研究其微观网络结构及其对坯料流变性、触变性以及高温力学行为的影响;选择合适的典型件进行触变模锻成形,研究坯料在触变模锻成形下的流动和充填等工艺特性;最后对成形件进行微观组织组织、力学性能及摩擦磨损性能分析,研究该工艺的实用性以及应用价值。通过上述研究,得到以下结论: 通过对A12O3材料的表面改性处理以及添加第三种合金元素的方法成功的对Al/A12O3复合材料界面润湿性进行改善;在没有添加其它添加剂的情况下,利用模壁润滑技术以及合理的模具设计,对混合粉末进行单向冷压制坯,并在一定的温度和压力下利用单向压制的方法制备出微观组织均匀、致密性良好以及具有一定强度的三维网络结构的伪半固态触变模锻坯料,其相对密度可达92.7%,抗弯强度可达250MPa。 通过对Al/A12O3复合材料伪半固态等温压缩实验,揭示了Al/A12O3复合材料在伪半固态温度下的真实应力—真实应变的变化规律,说明该材料在伪半固态温度下流动应力较低,具有较强的变形协调能力和应变速率敏感性。且由于微观网络结构的存在,使其具有明显“剪切变稀”效应,说明其具有触变性。 利用上述实验及理论研究成果,在不同的工艺参数下进行了Al/A12O3复合材料杯形件伪半固态触变模锻试验。力学性能测试、微观组织观察以及摩擦磨损试验表明,在伪半固态温度下坯料充填性良好,复合材料杯形件抗弯强度可达570~654MPa,断裂韧性可达9.3~19.8MPa·m1/2,维氏硬度值可达655~730HV。通过摩擦磨损试验揭示出复合材料的磨损机制主要是磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损,并且随着摩擦载荷的减小、触变模锻压力和温度的增加,复合材料的磨损量和摩擦系数逐渐减小,其中杯形件的网络结构对复合材料抗弯强度、断裂韧性以及摩擦磨损性能的提高具有十分重要的作用。所有研究结果说明伪半固态触变模锻工艺制备Al/A12O3复合材料是可行的,有其潜在的应用前景。