超声波处理包覆颗粒增强铝基复合材料的研究

摘要

铝合金具有优异的铸造性能、良好的耐腐蚀性、高的强重比以及低的铸造成本等特点，在汽车和航空工业上有广泛的应用。A356系列铝合金是常用的铸造亚共晶 Al-7Si-0.3Mg系列合金，该合金具有铸造流动性好、气密性好、收缩率小和热裂倾向性小等优异特性，是铸造铝合金中用途最广的合金之一。但是其低硬度和高温条件下有限的强度，仍限制了在某些特殊领域的应用。铝基复合材料由增强体和基体两部分组成，是在铝合金中掺杂纳米陶瓷颗粒而制备的具有可设计性的多功能材料，即能根据实际的需求，选择不同的基体和增强体，通过调整增强体和基体的加入比例，来得到所需性能和使用领域的铝基复合材料。但是，纳米陶瓷颗粒与铝基体的润湿性较差，又容易发生团聚，对改善铝合金的性能具有一定的局限性。包覆颗粒增强铝基复合材料具有较好的耐疲劳性能、优异的断裂韧性及良好的耐磨性等，具有广阔的应用前景。
　　本课题采用化学镀方法成功制备了纳米Cu/Al2O3和纳米CuO/SiC包覆颗粒，在超声波处理辅助下，将它们分别作为增强颗粒制备铝基复合材料，并用纳米Al2O3和纳米SiC作为增强颗粒制备的复合材料作对比实验。通过实验研究发现：在超声波处理下，纳米包覆粒子作为增强相会影响复合材料的显微结构，晶粒的尺寸变小，形状从树枝状逐步转变为等轴状，同时共晶硅也由原来的针状变为颗粒状；还能减少材料中的气孔等缺陷，改善复合材料的组织结构；复合材料的屈服强度、抗拉强度和延伸率等力学性能也都得到明显的改善。铸态下，1.0wt.％Cu/Al2O3掺杂相对于1.0wt.% Al2O3掺杂，屈服强度提高了18.5%，抗拉强度提高了8.3%，延伸率也得到显著的提升，平均达到了7.5%；1.0wt.%CuO/SiC掺杂相对于1.0wt.%SiC掺杂，屈服强度提高了22.4%，抗拉强度提高了9.4%，延伸率平均提升了7.6%。T6热处理能更一步的改善复合材料的性能，使材料的断裂方式由脆性断裂转变为韧性断裂。包覆颗粒作为增强相，能改善与铝基体的润湿性，促进异质形核，改变晶粒的生长方式和材料的微观结构，从而改善复合材料的综合性能。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 金属基复合材料

1.3 颗粒增强铝基复合材料

1.4 包覆颗粒增强铝基复合材料

1.5 超声波在包覆颗粒增强铝基复合材料中的应用

1.6 课题研究的意义及主要内容

第二章 实验方法

2.1 实验原料

2.2 实验设备

2.3 实验过程

2.4 样品表征

第三章 包覆材料的显微组织

3.1 Cu/Al2O3包覆颗粒的XRD分析

3.2 Cu/Al2O3包覆颗粒的扫描电镜形貌及能谱分析

3.3 CuO/SiC包覆颗粒的XRD分析

3.4 CuO/SiC包覆颗粒的扫描电镜形貌及能谱分析

3.5 本章小结

第四章 Cu/Al2O3增强铝基复合材料的显微组织及力学性能

4.1 Cu/Al2O3增强铝基复合材料的显微组织分析

4.2 拉伸性能测试

4.3本章小结

第五章 T6热处理对颗粒增强铝基复合材料的性能影响及显微分析

5.1热处理工艺

5.2热处理对复合材料显微组织的影响

5.3 热处理对复合材料断口形貌的影响

5.4 热处理对复合材料拉伸性能的影响

5.5本章小结

第六章 CuO/SiC颗粒增强铝基复合材料的显微组织及力学性能

6.1 CuO/SiC颗粒增强铝基复合材料的显微组织分析

6.2 拉伸性能测试

6.3本章小结

第七章 全文总结

7.1结论

7.2对进一步工作的建议

参考文献

个人简历、攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢