无压浸渗法制备AlO/AZ91D复合材料工艺及性能研究

摘要

本文采用无压浸渗方法制备了Al2O3纤维增强AZ91D镁基复合材料。采用金相显微镜、SEM(扫描电镜)、XRD(X射线衍射)和EDS(能谱分析)等检测分析手段,对复合材料的组织、力学性能及摩擦磨损行为进行了研究。 经过工艺优化得到的预制体通过扫描电镜观察,发现其内部存在大量的微观孔洞；通过测定预制体的孔隙率,其值可达72％以上；孔隙率随造孔剂碳粉质量分数的增加而增大,当碳粉质量分数小于20wt.％时,随碳粉质量分数的增加,孔隙率变化较明显。碳粉质量分数大于20wt.％时,孔隙率变化幅度趋于平缓。 通过不同工艺条件下的浸渗成形实验发现,在保温温度高于635℃、保温时间大于40min时浸渗成形均可完成。复合材料的组织中除了存在长条状与点状的Al2O3纤维及镁基体外,还可以发现少量的微观孔洞和生成的Mg2Si相；随着保温温度的升高或保温时间的延长,微观孔洞的数量有所减少,同时,Mg2Si相的数量也有所增多、尺寸略有变大,并对复合材料的硬度有较明显的影响。Al2O3纤维与Mg基体界面处结合良好,界面附近存在Mg2Si;Al2O3纤维表层附着有一层颜色较深的膜,经能谱分析判断其为MgO。增大Al2O3纤维的加入量,复合材料硬度呈现上升趋势,且复合材料的硬度都高于AZ91D镁合金的。硬度随保温时间变化趋势是平缓上升的,随着保温温度变化趋势是先升高后平缓降低。 复合材料的摩擦磨损实验中发现存在一个由轻微磨损向急剧磨损转化的临界载荷,随着Al2O3纤维体积分数的增加,该临界转变载荷逐渐升高。Al2O3纤维含量对复合材料的磨损率的影响存在临界值,临界点就在Al2O3纤维18 vol.％时出现。随着载荷的增加,磨损机制从低应力磨料磨损和轻微粘着磨损向严重的高温粘着磨损转变。随纤维体积分数的增加,复合材料的磨损机制由粘着磨损向低应力磨料磨损和轻微粘着磨损转变。纤维18vol.％复合材料从轻微磨损到急剧磨损的临界转变温度为250℃,在低温时磨损机制为以磨料磨损为主,轻微粘着磨损为辅；随着温度的升高,粘着磨损加剧,并最终发展为严重的高温粘着磨损。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1镁合金的性能特点及应用

1.2镁基复合材料常用基体合金

1.3镁基复合材料的增强相

1.3.1颗粒增强体

1.3.2纤维增强体

1.3.3晶须增强体

1.4镁基复合材料的主要制备方法

1.4.1粉末冶金法

1.4.2搅拌铸造法

1.4.3熔体浸渗法

1.5镁基复合材料的润湿性及相容性问题

1.5.1镁基复合材料的润湿性

1.5.2镁基复合材料的相容性

1.6镁基复合材料的摩擦磨损性能

1.7本课题研究内容及意义

2实验研究方法

2.1实验材料

2.2实验方法

2.2.1预制体的制备及工艺

2.2.2 Al2O3/Mg基复合材料的制备及工艺

2.2.3组织与性能分析

2.2.4复合材料摩擦磨损实验方法

3纤维预制体的制备及工艺优化

3.1预制体的制备工艺

3.1.1各组分质量的计算

3.1.2酒精加入量对预制体质量的影响

3.1.3预制体的模压成型

3.1.4预制体的烘干

3.1.5预制体的烧结

3.2预制体制备参数优化

3.2.1 Al2O3纤维加入量的选择

3.2.2造孔剂加入量的选择

3.2.3粘结剂的选择与用量

3.2.4烧结温度与烧结时间的确定

3.2.5造孔剂加入量对孔隙率的影响

3.3本章小结

4 Al2O3f/AZ91D复合材料浸渗成形、组织及力学性能

4.1浸渗工艺参数对Al2O3f/AZ91D复合材料浸渗成形的影响

4.1.1保温温度对复合材料浸渗成形的影响

4.1.2保温时间对复合材料浸渗成形的影响

4.2 Al2O3fAZ91D复合材料的组织观察及分析

4.2.1组织分布及相分析

4.2.2凝固组织

4.3 Al2O3f/AZ91D复合材料的界面分析及断口观察

4.3.1界面

4.3.1断口形貌

4.4 Al2O3f/AZ91D复合材料的力学性能

4.4.1 Al2O3纤维体积分数对复合材料硬度的影响

4.4.2保温时间对复合材料硬度的影响

4.4.3保温温度对复合材料硬度的影响

4.5本章小结

5 Al2O3f/AZ91D复合材料的摩擦磨损行为

5.1 Al2O3f/AZ91D复合材料的常温磨擦摩损行为

5.1.1载荷对Al2O3f/AZ91D干滑动摩擦磨损行为的影响

5.1.2纤维体积分数对Al2O3f/AZ91D干滑动摩擦磨损行为的影响

5.1.3常温磨损表面形貌观察与分析

5.2 Al2O3f/AZ91D复合材料的高温摩擦磨损行为

5.2.1环境温度对Al2O3f/AZ91D摩擦磨损行为的影响

5.2.2高温磨损表面形貌

5.3本章小结

6结论

致谢

参考文献

在校学习期间发表的论文