氧化锡涂覆硼酸镁晶须增强铝基复合材料的界面与性能

摘要

本文采用溶胶-凝胶法对硼酸镁晶须表面进行了氧化锡(SnO2)涂覆处理，利用挤压铸造法制备了体积分数为30％的硼酸镁晶须增强铝基复合材料。利用X射线衍射、扫描电镜、能谱以及透射电镜等方法对晶须表面涂层和复合材料的界面结构进行了研究；分析了SnO2涂层含量对复合材料挤压铸造性能、常温拉伸性能以及热膨胀性能的影响规律；探讨了SnO2涂层含量对复合材料高温压缩变形行为的影响机制，并对压缩变形后复合材料的织构进行了测定。
　　X射线衍射分析、面扫描分析以及透射电镜观察证实，SnO2涂层和液态铝在挤压铸造过程中发生了反应，在晶须和基体的界面上生成了低熔点相Sn和脆性相γ-Al2O3。界面反应的发生改善了晶须和铝液之间的润湿性，提高了复合材料的压铸质量，减少了复合材料的孔隙率。轻度的界面反应提高了复合材料的拉伸性能，但随着SnO2涂层含量的增加，过多低强度相和脆性相的产生将会降低界面结合强度，恶化复合材料的拉伸性能。另外，界面低熔点相的存在，改变了基体的内应力状态，在加热过程中，对复合材料物理热膨胀系数的变化产生影响。
　　复合材料高温压缩变形行为的研究表明：晶须和基体之间界面低熔点相的熔化，弱化了界面结合强度，降低了复合材料的最大流变应力，改善了复合材料的高温塑性变形能力；在变形过程中晶须周围产生的应力易于通过界面上的微量液相松弛，减轻了晶须周围应力的积累，使晶须所受的应力降低，减轻了晶须的折断程度。同时，晶须折断程度的减轻弱化了复合材料的应变软化现象。另外，随着应变速率的增加，复合材料的流变应力也随之变大。高温压缩变形后，基体产生(220)和(420)织构，晶须的定向排列对基体织构产生影响。

目录

氧化锡涂覆硼酸镁晶须增强铝基复合材料的 界面与性能

INTERFACE AND PERFORMANCE OF SnO2-COATED MAGNESIUM BORATE WHISKER-REINFORCED ALUMINUM MATRIX COMPOSITE

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 选题意义

1.2 晶须增强铝基复合材料的研究现状

1.2.1 晶须的性能

1.2.2 晶须增强铝基复合材料的制备方法

1.2.3 晶须增强铝基复合材料的力学性能

1.3 晶须增强铝基复合材料的界面研究

1.3.1 晶须增强铝基复合材料的界面反应

1.3.2 晶须增强铝基复合材料的界面润湿

1.4 晶须增强铝基复合材料的高温压缩变形行为

1.5 金属基复合材料的热膨胀性能

1.6主要研究内容

第2章 试验材料与研究方法

2.1 试验材料

2.1.1 基体材料

2.1.2 增强体材料

2.1.3 晶须涂层材料

2.1.4 复合材料

2.2 研究方法

2.2.1 物相分析和织构测量

2.2.2 形貌、微观组织以及界面观察和成分分析

2.2.3 热重和差热分析

2.2.4 热膨胀分析

2.2.5 高温压缩试验

2.2.6 常温拉伸试验

第3章 硼酸镁晶须表面涂覆SnO2的工艺研究与表征

3.1 引言

3.2 硼酸镁晶须表面涂覆SnO2的工艺研究

3.2.1 溶胶-凝胶法简介

3.2.2 硼酸镁晶须表面涂覆SnO2

3.3 硼酸镁晶须表面涂覆SnO2的表征

3.3.1 硼酸镁晶须表面涂层的物相分析

3.3.2 氧化锡涂层的形貌观察

3.3.3 硼酸镁晶须涂层的成分分析

3.3.4 纳米氧化锡颗粒的粒径分析

3.4 本章小结

第4章 氧化锡涂层对复合材料界面结构及性能的影响

4.1 引言

4.2 硼酸镁晶须增强铝基复合材料的挤压铸造工艺

4.2.1 预制块的成型工艺

4.2.2 复合材料的制备

4.3 硼酸镁晶须增强铝基复合材料的界面结构

4.3.1 复合材料界面反应的热力学分析

4.3.2 不同氧化锡涂层含量复合材料的物相分析

4.3.3 复合材料的成分分析

4.3.4 复合材料界面的微观结构

4.4 氧化锡涂层对复合材料挤压铸造性能的影响

4.5复合材料的拉伸性能

4.5.1 氧化锡涂层含量对复合材料拉伸性能的影响

4.5.2 氧化锡涂层含量对复合材料拉伸断裂机制的影响

4.6 复合材料的热膨胀性能

4.7 本章小结

第5章 复合材料的高温压缩变形行为

5.1 引言

5.2复合材料的高温压缩变形行为

5.2.1 氧化锡涂层含量对复合材料高温压缩变形行为的影响

5.2.2 应变速率对复合材料高温压缩变形行为的影响

5.3 复合材料高温压缩变形的应变速率敏感指数

5.4 复合材料高温压缩变形后的微观组织

5.5 复合材料高温压缩变形后的织构分析

5.6本章小结

结 论

参考文献

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢