Al2O3涂覆Al18B4O33w增强铝基复合材料的微观组织与性能

摘要

本文首先采用水热合成法在硼酸铝晶须(Al18B4O33whisker,简称ABOw)表面制备前驱体AlO(OH)涂层,煅烧后获得Al2O3涂层。随后用挤压铸造法将涂覆的晶须制备成复合材料,基体为2024合金,晶须的体积分数为20％。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)研究了水热时间、水热温度和涂覆量对涂层形貌和物相的影响,利用差热-热重(DSC-TG)测试了前驱体的分解温度,用透射电子显微镜(TEM)观察了复合材料内析出相、界面形态和位错组态等微观组织结构,最后测试了不同状态复合材料的力学性能和热膨胀性能,分析了水热工艺对复合材料性能的影响,并利用SEM观察了复合材料的拉伸断口。
　　SEM观察及XRD物相检测结果表明,利用水热合成法的涂覆工艺,可以在硼酸铝晶须表面获得较为均匀的AlO(OH)涂层。在本试验参数范围内,随着水热时间的延长和水热温度的升高,涂覆物由无规则的紊乱态逐渐转变成形态规则的细小颗粒,产物分散性变好的同时,结晶度也逐渐提高。
　　DSC-TG测试结果表明,前驱体AlO(OH)在加热过程中会发生分解。对应的分解温度在450℃,并据此制定了晶须预制块的烧结温度。利用XRD测试了煅烧后涂层的物相组成,结果表明涂覆物质煅烧后的产物为γ-Al2O3。
　　TEM观察结果表明,未经水热处理的晶须增强的复合材料界面反应严重,而经过水热处理后,涂覆的γ-Al2O3涂层明显减弱了界面反应的程度,使MgAl2O4数量减少。最终提高了复合材料的强度。铸态复合材料的析出相为θ,其尺寸差异大且分布不均匀,时效后,复合材料的析出相主要为片状θ',其弥散分布在基体中,同时在界面处发现平衡相θ。
　　室温拉伸结果表明,经过水热涂覆后,晶须增强复合材料的强度和塑性均得到提高,其中涂覆量为30:1时,复合材料的力学性能最佳,并且随着涂覆温度的提高,复合材料的强度随之提高。当水热温度为200℃时,复合材料的强度达到507MPa。热膨胀测试结果表明,复合材料的热膨胀系数与强度保持大致的对应关系,高强度的材料具有较低的热膨胀系数。此外,与铸态复合材料相比,淬火态材料的热膨胀系数减小,退火态的增高。热循环后,复合材料的热膨胀系数增大,强度减小,塑性降低。经过一次循环后,热膨胀系数趋于稳定。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 复合材料的界面研究

1.3 水热法

1.4 本课题的出发点和研究内容

第2章 试验材料与方法

2.1 试验材料

2.2 试验过程及方法

2.3 试验测试方法

第3章 ABOw表面制备氧化铝涂层及涂层的组织分析

3.1 引言

3.2 涂层的形貌分析

3.3 涂层的物相分析

3.4 涂层的热分析

3.5 煅烧后涂层的形貌分析

3.6 煅烧后涂层的物相分析

3.7 水热过程的机理分析

3.8 本章小结

第4章 ABOw/2024复合材料的力学性能与微观组织

4.1 引言

4.2 时效处理对材料性能和组织的影响

4.3 涂覆量对复合材料力学性能的影响

4.4 水热温度对复合材料力学性能的影响

4.5 复合材料的微观组织形貌

4.6 本章小结

第5章 ABOw/2024复合材料的热膨胀性能

5.1 引言

5.2 取样方向对复合材料热膨胀性能的影响

5.3 水热温度对复合材料热膨胀性能的影响

5.4 涂覆量对复合材料热膨胀性能的影响

5.5 热循环对复合材料性能的影响

5.6 热处理对复合材料热膨胀性能的影响

5.7 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢