【摘 要】
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Al2O3p/Al复合材料具有比强度高、耐磨等优良性能,在航空航天、交通运输和电子仪器等领域有广泛的应用。搅拌铸造法设备简单、生产成本低、生产周期短,是适用于大规模工业化生产的一种复合材料制备方法。本文针对搅拌铸造法制备Al2O3p/Al复合材料存在的颗粒偏聚问题,以半固态成形理论为基础,结合计算机数值模拟方法,利用电磁机械复合搅拌技术,制备了组分均匀的Al2O3p/Al复合材料,并进行了室温拉伸
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Al2O3p/Al复合材料具有比强度高、耐磨等优良性能,在航空航天、交通运输和电子仪器等领域有广泛的应用。搅拌铸造法设备简单、生产成本低、生产周期短,是适用于大规模工业化生产的一种复合材料制备方法。本文针对搅拌铸造法制备Al2O3p/Al复合材料存在的颗粒偏聚问题,以半固态成形理论为基础,结合计算机数值模拟方法,利用电磁机械复合搅拌技术,制备了组分均匀的Al2O3p/Al复合材料,并进行了室温拉伸试验研究,探究了其强化与断裂机理,主要内容如下:利用ANSYS软件的Maxwell和Fluent模块对半固态浆料的电磁机械复合搅拌进行了磁-流耦合数值模拟,探究了坩埚内壁叶片水平夹角γ和搅拌时间t对浆料中氧化铝颗粒分布的影响,为后续实验提供了指导和参考。开展了半固态浆料制备研究,得到了浆料固相率fs与搅拌温度T之间的关系（fs=2054.28934-5.80219T+0.00408T~2）以及浆料中氧化铝颗粒均匀分布的技术条件（γ=20°、t＞350 s）;开展了Al2O3p/Al复合材料铸造成形研究,得到了铸造过程中氧化铝颗粒均匀分布的技术条件（fs≥20%）。对Al2O3p/Al复合材料进行了室温拉伸试验研究,获得了氧化铝颗粒含量对复合材料拉伸力学性能的影响规律:随着氧化铝颗粒含量增加,复合材料屈服强度和抗拉强度先升高后有所降低,延伸率逐渐降低。当氧化铝颗粒含量为7 vol.%时,复合材料具备良好的综合力学性能,屈服强度可达117.7 MPa,抗拉强度可达222.6MPa,延伸率可达7.9%。探究了Al2O3p/Al复合材料的强化与断裂机理:其强化机制主要包括载荷传递强化、热膨胀系数失配强化和细晶强化机制;其断裂机制在氧化铝颗粒含量小于7vol.%时主要为氧化铝颗粒的断裂和铝基体的塑性失效机制,在氧化铝颗粒含量大于7 vol.%时主要为氧化铝颗粒的断裂、铝基体的塑性失效和氧化铝颗粒与铝基体的界面脱粘机制。本研究确定了氧化铝颗粒分布均匀的、拉伸力学性能良好的Al2O3p/Al复合材料的合理成形工艺参数,为制备高性能Al2O3p/Al复合材料探索了一条有效途径。
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