Al-Cu-Co准晶磨料及其研磨特性研究

摘要

准晶具有特殊的长程准周期平移序和非晶体学旋转对称性结构，其物理、化学与力学性能独特，具备一定的应用潜力[1]。但准晶合金大的室温脆性严重影响其作为块体材料得到实际应用。本论文将充分利用准晶合金的脆性因素，结合Al基准晶的高硬度与大弹性变形能力特点，针对铝、铜等软合金材料机械光整处理时面临的磨料问题，研究和发展适合于软合金材料机械光整处理用的准晶合金新磨料。
　　论文内容主要包括;制备Al-Cu-Co准晶磨料并研究其研磨特性。选取典型十次准晶成分Al65Cu20Co15，制备高纯度的准晶合金，磨制准晶粉末，以其为磨料配制研磨膏，对工业纯铝及铝合金样品进行表面机械光整处理，并以金刚石磨料为参照，系统研究Al65Cu20Co15准晶磨料的研磨行为和效果，探索准晶磨料在软金属材料表面的研磨机理。
　　结果表明:采用粒度约为15μm的Al65Cu20Co15准晶磨料，软金属材料能以较低磨损量快速获得较平整表面，这有利于保持试件尺寸精度;Al试样经其研磨后获得无划痕光整表面，其表面粗糙度处于0.102～0.196μm之间;同时，Al65Cu20Co15准晶磨料对Al等软金属试样显示出优良的表面缺陷修复能力，且引发表面硬化效应，试样表面经Al65Cu20Co15准晶研磨后，硬度升高，形成的形变层厚度约达100μm，产生的宏观残余压应力可提高工件表面的耐磨性，并抑制裂纹的生成与扩展。研究表明:准晶磨料在Al等软金属试样上展现的优良表面研磨效果与其特殊的“碾抹”作用机制密切相关。
　　Al65Cu20Co15准晶磨料对Al合金的研磨实验进一步证实了准晶磨料在软金属材料实现表面机械光整处理过程中的特殊研磨行为与机理。准晶磨料对锻铝6063和硬铝2412合金的光整与表面缺陷修复效应与工业纯Al类似。但本研究工作已表明:准晶磨料与被加工材料的硬度和硬弹比等参数匹配是影响试样最终研磨效果的关键因素，其内在关联有待系统深入研究。

目录

声明

摘要

引言

1 绪论

1．1 准晶材料的发现与进展

1．1．1 准晶的发现

1．1．2 准晶的分类

1．1．3 准晶的制备方法

1．1．4 准晶的性能特点与应用

1．2 磨料概述

1．2．1 磨料的基本要求

1．2．2 磨料的分类和应用现状

1．3 本论文的立题依据及主要内容

2 实验方法

2．1 准晶磨料的提出依据

2．2 合金的选取

2．3 实验方案

2．4 主要实验设备

2．4．1 真空电弧熔炼设备

2．4．2 球磨机

2．4．3 X射线衍射仪

2．4．4 自动研磨／抛光机

2．4．5 其他实验设备

3 实验流程

3．1 准晶粉末的制备

3．2 准晶研磨膏的配制

3．3 研磨对象的选取与预处理

3．4 对比研磨实验

4 实验结果及分析

4．1 准晶磨料表征

4．1．1 X射线衍射物相鉴定

4．1．2 硬度测试

4．1．3 磨粒形貌与颗粒度

4．2 准晶磨料对工业纯Al的表面光整效果

4．2．1 Al试样表面的光学显微形貌

4．2．2 SEM和AFM测试分析

4．3 准晶磨料的表面修复效应

4．3．1 表面压痕分析

4．3．2 磨损质量分析

4．4 准晶磨料的表面强化效应

4．4．1 表面硬度

4．4．2 表面应力

4．5 准晶磨料对Al合金的研磨

4．5．1 表面形貌与粗糙度

4．5．2 表面缺陷修复

4．5．3 研磨表面硬度

结论

参考文献

附录A 准晶与常规磨料的性能／用途列表

附录B 本文涉及的若干金属试样材料的力学性能

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢