脉冲强磁场处理颗粒增强铝基复合材料的微观组织和力学性能研究

摘要

本文以Al-Zn-Mg-Cu为基体合金，以Al-Ti-Zr-O为反应体系，采用熔体直接反应法，制备了混杂颗粒增强铝基复合材料，颗粒种类包括Al2O3陶瓷颗粒和Al3Ti、Al3Zr和Al3(TixZr1-x)(0＜x＜1)金属间化合物颗粒。通过调整磁感应强度、脉冲数、以及试样与磁力线的位相关系，研究不同脉冲强磁场处理参数下复合材料的微观组织和力学性能的演变。利用金相显微镜(OM)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)和X射线应力测定仪等现代分析手段，研究脉冲强磁场处理对复合材料的显微组织以及残余应力的影响，还研究了其力学性能的变化规律，进行了机制分析。
　　研究脉冲磁场处理对复合材料微观组织的影响，其结果显示:脉冲磁场处理后，随着磁感应强度（2T、3T和4T）和脉冲数(30、40和50)的增加材料内部的位错密度增加，表现为透射图中位错密度增大和衍射图中半高宽增大。其原因主要来自磁致塑性效应。该效应的作用机理为:减少位错形核能、增加位错运动灵活性并提高位错运动来加速应力释放过程。当增加磁场作用时间，或者当基体中有大量异相颗粒或合金元素时，能够使磁致塑性效应的敏感性增加。脉冲磁场冲击处理后，不同磁感应强度、不同位相条件下的试样中有形貌特征多样的位错，其变化来自于塑性变形过程机制。
　　研究脉冲磁场处理对复合材料残余应力的影响的结果显示:在只考虑磁感应强度的影响下，材料内的残余应力存在一个先减小再增大的趋势，在只考虑脉冲数的条件下，材料内的残余应力有先增大再减小的趋势，最低残余应力对应的工艺参数为:3T和30个脉冲，此时残余应力值为-1MPa。在只考虑位相的影响下，平行的位相，也就是磁力线方向与最大主应力方向相垂直时，相对于垂直位相，材料内部的残余应力减少了30％。脉冲磁场处理能够在一定程度上消除材料的残余应力，改善材料的尺寸稳定性。
　　研究脉冲磁场处理对复合材料力学性能的影响，结果显示:随着磁感应强度和脉冲数的增加，材料的力学性能均有所提高，表现为硬度的增大和抗拉强度的提高。在4T、30个脉冲的处理条件下，材料的抗拉强度为532.09MPa，较初始态提高20.7％。脉冲磁场处理方法通过提高材料中的位错密度，进一步有效地提高了复合材料的强度，是发挥材料位错强化机制的一个重要途径。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 金属基复合材料研究概述

1．2．1 金属基复合材料制备方法

1．2．2 金属基复合材料性能

1．3 物理场作用下复合材料的研究进展

1．3．1 电场下复合材料的制备

1．3．2 弱磁场下复合材料的制备

1．3．3 强磁场下复合材科的制备

1．3．4 超声场下复合材料的制备

1．3．5 微波场下复合材料的制备

1．4 脉冲强磁场下材料组织和性能的研究

1．4．1 国内外脉冲聋磁场的发展概况

1．4．2 脉冲磁场在材料加工中的应用

1．5 本文研究内容及可行性分析

1．5．1 研究内容

1．5．2 可行性分析

第二章 实验材料、设备及研究方法

2．1 材料的制备

2．1．1 基体的选择

2．1．2 增强相的选择

2．1．3 复合材料的制备

2．2 热加工处理方案

2．3 磁场处理方案

2．4 实验选用设备

2．4．1 熔炼设备

2．4．2 热加工处理设备

2．4．3 磁场处理设备

2．5 材料分析测试方法

2．5．1 金相试样制备

2．5．2 高分辨透射电镜分析(TEM)

2．5．3 扫描电镜(SEM)及能谱分析(EDS)

2．5．4 硬度测试

2．5．5 室温拉伸性能测试

2．5．6 残余应力测试

第三章 脉冲强磁场处理铝基复合材料的组织演变特征

3．1 不同磁感应强度下复合材料的组织演变特征

3．2 不同脉冲数下复合材料的组织演变特征

3．3 不同位相关系下复合材料的组织演变特征

3．4 本章小结

第四章 脉冲磁场处理铝基复合材料的残余应力

4．1 不同磁感应强度下复合材料内部的残余应力

4．2 不同脉冲数下复合材料内部的残余应力

4．3 不同位相关系下复合材料内部的残余应力

4．4 本章小结

第五章 脉冲磁场处理对铝基复合材料的力学性能

5．1 不同磁感应强度时复合材料的力学性能

5．1．1 不同磁感应强度时复合材料的硬度

5．1．2 不同磁感应蟊度时复合材料的拉伸性能

5．1．3 不同磁感应聋度时复合材料的断口特征

5．2 不同脉冲数时复合材料的力学性能

5．2．1 不同脉冲数时复合材料的硬度

5．2．2 不同脉冲敦时复合材料的拉伸性能

5．2．3 不同脉冲数时复合材料的断口特征

5．3 分析与讨论

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 全文结论

6．2 未来展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文