B4C/Al复合材料的腐蚀及磨损行为研究

摘要

B4C/Al复合材料凭借着出色的功能性及结构性能被广泛的应用于航空、航天、汽车及核电等领域。与金属材料的制备方法相比，B4C/Al复合材料的制备方法较多，但制备出大尺寸、高B4C含量并且具有优良的功能和结构两大性能的方法却比较少。本文采用粉末冶金的方法制备了不同B4C质量分数的Al基复合材料，对材料的显微组织、力学性能进行了测试，主要对材料的耐腐蚀行为及耐磨行为进行了研究。
　　 采用粉末冶金的方法制备了质量分数为20wt％、30wt％及40wt％B4C含量的复合材料。对B4C/Al复合材料进行了密度测试及显微组织观察，并对其相关机理进行了理论分析。运用XRD和SEM等手段对材料的物相及微观形貌进行了进一步的研究。对材料的拉伸性能进行了测试，通过SEM对材料的断口形貌进行了观察，通过断口形貌分析，对材料的断裂机理进行了理论分析。
　　 模拟材料的使用时的不同环境条件，对不同B4C含量的Al复合材料进行了腐蚀试验:(1)分别在NaCl和H3BO3的腐蚀液中进行了电化学腐蚀试验，对试验结果的Tafel、Nyquist、相位角及阻抗曲线进行了分析，并对材料的电化学腐蚀机理进行了探讨。(2)对30wt％B4C/Al复合材料进行了酸性盐雾腐蚀(ASS)试验，通过表面评级和腐蚀速率的计算，对材料的腐蚀性能进行了评价并对产生腐蚀的原因进行了解释。(3)在20℃和40℃不同温度条件下，分别对B4C质量分数为20wt％、30wt％和40wt％含量B4C/Al复合材料在H3BO3浓度为2500ppm中进行全浸泡腐蚀试验，对浸泡溶液的PH值、溶液电导率及失重率进行了测定，通过SEM和XRD对腐蚀后的微观形貌及物相进行了分析。B4C/Al复合材料产生腐蚀的原因主要是由于Al的腐蚀，B4C基本不发生腐蚀。另外一方面是由于在材料内部存在着微缺陷:一种为B4C颗粒间铝基体没有及时填充形成的微空隙;另一种为板材在制备的过程当中由于硬质颗粒B4C颗粒的破碎形成的裂痕。这些缺陷的存在也是材料被进一步腐蚀的原因。通过以上的实验证明，如果制备的B4C/Al复合材料想近一步的应用于实际当中，需对材料进行表面处理，提高材料的耐腐蚀性能。
　　 对B4C/Al复合材料的耐磨损性能进行了研究，分别以材料的B4C含量、加载载荷、磨损时间为变量，对材料的磨损性能进行测试。通过测试结果，对材料在不同条件下的摩擦因数、损失质量及损失速率进行了对比分析。通过SEM对磨损的表面形貌进行了观察，对磨损过程中的磨痕进行了宽度测定，对磨损后的表面进行了XRD分析并对磨球表面进行SEM观察。通过以上测试结果，对材料的耐磨性能及磨损机理进行了探讨。在材料磨损的过程中，B4C颗粒属于坚硬耐磨性材料，耐磨性能的好坏与B4C和Al的界面结合程度有很大的关系。SEM观察发现，在磨痕表面有剥落的B4C颗粒，剥落的B4C的作为磨粒加剧了磨损的进行，同时在材料的表面产生了黏着磨损和犁沟。磨损试验表明:B4C含量为30wt％时材料的磨损性能较好，这主要是由于当B4C含量为30wt％时，B4C和Al之间的界面结合较好，有助于材料耐磨性能的提高。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究意义

1．2 碳化硼的结构及应用

1．2．1 碳化硼的结构

1．2．2 碳化硼的应用

1．3 6061Al合金的性能及应用

1．4 B4C／Al复合材料的制备方法

1．4．1 机械搅拌混合浇铸法

1．4．2 粉末冶金法

1．4．3 无压浸渗法

1．4．4 熔体雾化与颗粒共喷射沉淀法

1．5 B4C／Al复合材料的耐腐蚀性研究现状

1．6 B4C／Al复合材料的磨损行为研究现状

1．7 本文研究内容

第二章 B4C／Al复合材料的制备工艺

2．1 引言

2．2 复合材料的坯料制备

2．2．1 粉末的预处理

2．2．2 复合材料坯料的压制

2．3 复合材料的坯料挤压

2．4 复合材料的轧制

2．5 本章小结

第三章 B4C／Al复合材料的性能研究

3．1 引言

3．2 复合材料的致密度测试

3．3 B4C／Al复合材料的相与组织结构分析

3．3．1 金相显微组织观察

3．3．2 B4C／Al复合材料的XRD物相分析

3．3．3 B4C／Al基复合材料扫描及能谱

3．4 复合材料的拉伸及断口分析

3．5 本章小结

第四章 B4C／Al复合材料的耐腐蚀性能研究

4．1 引言

4．2 电化学腐蚀行为的研究

4．2．1 在H3BO3中，含量对腐蚀腐蚀行为的影响

4．2．2 在NaCl中，含量对腐蚀腐蚀行为的影响

4．2．3 腐蚀液浓度对腐蚀行为的影响

4．3 B4C／Al复合材料的盐雾腐蚀试验研究

4．3．1 复合材料的宏观形貌分析

4．3．2 复合材料的称重判定法

4．3．3 腐蚀原理分析

4．4 硼酸浸泡腐蚀试验

4．4．1 试验方法

4．4．2 溶液及试样相关参数的变化规律

4．4．3 腐蚀试样的微观形貌观察

4．4．4 腐蚀机理分析

4．5 本章小结

第五章 B4C／Al基复合材料的耐磨损行为研究

5．1 引言

5．2 试验方法

5．3 参数对磨损的影响

5．3．1 B4C含量对磨损的影响

5．3．2 载荷对摩擦因数及磨损质量的影响

5．3．3 时间对摩擦因数及磨损质量的影响

5．4 表面形貌及化学成分分析

5．5 对磨球的表面分析

5．6 复合材料的磨损机理分析

5．7 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文和参加科研情况