热挤压制备SiCp/Al复合材料及其力学性能研究

摘要

SiCp/Al复合材料具有高比强度和高比刚度、耐磨、低热膨胀系数、低密度、良好的尺寸稳定性和导热性,在航空航天、军事及汽车领域得到一定的应用。本文采用粉末冶金与热挤压结合的方法,以10μm纯Al粉为基体,以经过高温氧化-酸洗表面处理的不同尺寸(1.5、6、10、14μm)SiC颗粒为增强体,在410℃下以17.4的挤压比制备了体积分数为0％、2.5％、5％、7.5％和10％的SiCp/Al复合材料。研究了SiC颗粒的表面状态、体积分数及颗粒尺寸对SiCp/Al复合材料的微观组织结构、拉伸性能、硬度及摩擦磨损性能的影响规律,探讨了SiCp/Al复合材料的强化机制、断裂机制及摩擦磨损机理。
　　研究结果表明,对SiC颗粒进行高温氧化-酸洗表面处理,有效钝化了颗粒棱角、减少了表面缺陷,改善了颗粒的分散性;热挤压所制备的SiCp/Al复合材料微观组织致密、无明显疏松孔隙等缺陷,界面结合紧密,颗粒分布均匀。挤压有效提高了复合材料致密度和硬度。
　　1.5μm小尺寸SiC颗粒增强的SiCp/Al复合材料,其屈服强度、抗拉强度及硬度均随着SiC颗粒体积分数的增加而增大,而伸长率则呈现出相反的趋势。相同体积分数下,随着SiC颗粒尺寸的增大,屈服强度、抗拉强度及伸长率逐渐降低,硬度的变化并不明显。SiCp/Al复合材料强化既有微观力学强化机制,又有微观结构强化机制;断裂为基体塑性断裂、界面塑性撕裂和大尺寸SiC颗粒脆性断裂的混合断裂机制。
　　摩擦磨损研究表明,SiC颗粒的引入显著改善了SiCp/Al复合材料的耐磨性。SiC颗粒表面状态、SiC颗粒含量、载荷和摩擦速度对SiCp/Al复合材料摩擦磨损性能影响较为明显,而SiC颗粒尺寸的影响相对较弱。复合材料摩擦生成机理主要为粘着和犁沟;磨损机制主要为磨粒磨损、粘着磨损、剥层磨损和氧化磨损。

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1绪论

1.1 研究背景

1.2 颗粒增强铝基复合材料的主要制备方法

1.3 颗粒增强铝基复合材料的主要强化机制

1.4 颗粒增强铝基复合材料的断裂机制

1.5 颗粒增强铝基复合材料的主要摩擦磨损理论

1.6 颗粒增强铝基复合材料的研究应用现状

1.7 本课题研究的目的及意义

1.8 本课题研究的主要内容

2 实验过程

2.1 实验材料与仪器

2.2 样品制备过程

2.3性能分析测试

3 SiCp/Al复合材料的显微组织

3.1 SiC颗粒表面高温氧化-酸洗处理

3.2 SiC颗粒表面处理、热挤压对显微组织的影响

3.3 SiC颗粒含量对显微组织的影响

3.4 SiC颗粒尺寸对显微组织的影响

3.5 本章小结

4 SiCp/Al复合材料力学性能

4.1 SiCp/Al复合材料密度及致密度

4.2 SiCp/Al复合材料的拉伸性能

4.3 SiCp/Al复合材料的断裂性能

4.4 本章小结

5 SiCp/Al复合材料的摩擦磨损性能

5.1 SiC颗粒表面处理对摩擦磨损性能的影响

5.2 SiC颗粒含量对摩擦磨损性能的影响

5.3 SiC颗粒尺寸对摩擦磨损性能的影响

5.4 载荷对摩擦磨损性能的影响

5.5 摩擦速度对摩擦磨损性能的影响

5.6 SiCp/Al复合材料的摩擦磨损机理

5.7 本章小结

6 结论

致谢

参考文献