Cr2AlC增强Zn基复合材料的制备与力学性能研究

摘要

近年来，Zn基复合材料由于性能优越、应用广阔逐渐代替铜基复合材料发展起来。而Cr2AlC是三元层状化合物MAX相中的一种，在力学、热学、电学、抗氧化性能等各方面都表现出优异的性能。
　　本论文的目的是制备出一种新型Zn-Cr2AlC复合材料。在第一章中对锌基复合材料的研究现状和制备工艺以及Cr2AlC材料的研究进展等作了简要的概述。
　　目前关于Cr2AlC增强金属基复合材料的研究相对较少，其原因可归结为制备高纯Cr2AlC材料相对困难。因此在第二章对高纯Cr2AlC粉末颗粒的烧结工艺进行了探究。通过探讨Cr、Al及C（石墨）原料的不同摩尔配比、合成Cr2AlC粉末颗粒的不同烧结温度和不同保温时间对烧结成样品的相种类及Cr2AlC相纯度的影响，探索出了无压烧结高纯Cr2AlC的最佳烧结工艺。
　　在第三章中，对Zn-Cr2AlC复合材料的制备工艺进行介绍，然后分析了所制备复合材料的物相组成和显微结构进行分析，所用分析仪器分别是X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)。
　　在第四章中，重点讨论了Zn-Cr2AlC复合材料的力学性能随Cr2AlC体积分数的变化关系。首先运用阿基米德法测试了材料的密度并得出了密度和气孔率随Cr2AlC体积分数的变化，然后对力学性能进行探讨。分别用维氏硬度仪测试了材料的维氏硬度、万能试验机测试了材料的拉伸和屈服强度，得到材料的维氏硬度值并加以分析，对比了各材料的拉伸和压缩应力-应变曲线，绘制了拉伸强度及压缩强度随Cr2AlC体积分数的变化关系。最后探讨了Zn-Cr2AlC复合材料的的增强机理和断裂机理。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 锌合金及锌基复合材料的研究现状

1．2．1 锌合金

1．2．2 锌基复合材料

1．3 锌基复合材料的主要制备工艺

1．3．1 铸造法

1．3．2 粉末冶金法

1．3．3 定向凝固法

1．3．4 原位反应法

1．4 新型三元层状陶瓷：Mn+1AXn相

1．4．1 Mn+1AXn相概述

1．4．2 Mn+1AXn相增强金属基复合材料

1．5 Cr2AlC材料的研究进展

1．5．1 Cr2AlC材料的理论研究

1．5．2 Cr2AlC材料的实验研究

1．5．3 Cr2AlC材料的主要性能

1．5．4 Cr2AlC增强金属基复合材料

1．6 本课题的研究内容及意义

1．6．1 研究内容

1．6．2 研究意义

第二章 高纯Cr2AlC粉末颗粒的制备及显微结构

2．1 实验方法

2．1．1 实验原理及设计

2．1．2 实验原料及仪器

2．1．3 实验步骤

2．1．4 Cr2AlC粉末的表征方法

2．2 烧结工艺参数的探究

2．2．1 原料配比探究

2．2．2 烧结温度的探究

2．2．3 保温时间的探究

2．2．4 反应机理研究

2．3 Cr2AlC颗粒的显微研究

2．3．1 烧结温度对显微结构的影响

2．3．2 保温时间对显微结构的影响

2．3．3 Cr2AlC的层状结构及粒径分析

2．4 本章小结

第三章 Zn-Cr2AlC复合材料的制备及表征

3．1 复合材料的制备

3．1．1 实验方法及工艺的确定

3．1．2 实验材料及仪器

3．1．3 实验步骤

3．1．4 复合材料的表征

3．2 复合材料的物相分析与表面形貌研究

3．2．1 复合材料的物相分析

3．2．2 复合材料的表面形貌研究

3．3 本章小结

第四章 Zn-Cr2AlC复合材料的力学性能研究

4．1 复合材料的密度及气孔率

4．2 复合材料的力学性能

4．2．1 硬度

4．2．2 拉伸力学性能

4．2．3 压缩力学性能

4．2．4 断口形貌观察

4．3 Cr2AlC增强Zn基复合材料的强化机理

4．3．1 颗粒增强金属基复合材料强化机理概述

4．3．2 Cr2AlC增强锌基复合材料的强化机理

4．4 Zn-Cr2AlC复合材料的断裂机理

4．4．1 金属断裂机理概述

4．4．2 Zn-Cr2AlC复合材料的断裂机理

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文

申请专利

致谢