铝基复合材料中需评价增强相不均匀性的评价方法

摘要

本申请涉及铝基复合材料中需评价增强相不均匀性的评价方法，通过在铝基复合材料中选取三个互相垂直的截面制备金相观测面进行金相分析，通过先计算得到每个金相观测面中需评价增强相的不均匀性，再通过计算得到三个金相观测面中需评价增强相不均匀性的平均值，最后通过计算得到铝基复合材料中需评价增强相的不均匀性，相较于只取一个截面制备金相观测面进行金相分析，评价结果更为准确，适用范围也更广。

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，特别是涉及铝基复合材料中需评价增强相不均匀性的评价方法。

背景技术

随着航空航天、高端交通装备的快速发展，轻质高强的铝基复合材料得到越来越多的重视和应用，已逐渐成为各行各业不可或缺的材料，因此对铝基复合材料的性能指标要求也愈发严苛和严谨。但由于这是一种新型材料，很多相关的性能评价方法都还不成熟，其中，增强相不均匀性的评价方法也还没有相应标准或公知公认的方法，尤其是针对多种增强相增强的铝基复合材料，该方面的评价方法更是一片空白。

CN102495062A公开了一种颗粒增强铝基复合材料组织均匀性评定方法，但仅针对于2％～8％陶瓷颗粒含量的铝基复合材料，且仅能用于颗粒增强材料，纤维、晶须等增强铝基复合材料或多个增强相同时存在的情况下均不适用，且陶瓷含量高的情况下，因计数法工作量大且颗粒肉眼不好区分也无法应用。

此外，还有计数法、面积法、画线计数法等。计数法为将金相视野划分为多个区域，数出每个区域的陶瓷颗粒数量，并计算其之间的偏差，从而对不均匀性进行评价，但其不适用于纤维、晶须等增强铝基复合材料；面积法为计算不同金相视野中陶瓷颗粒所占面积与整体面积的比例，即陶瓷颗粒的面积含量，进而计算不同视野下的偏差值来作为不均匀性的评价，但面积含量的计算没有标准方法，受人为因素影响较大；画线计数法为在一个金相视野中画出N条等长线段，分别计算每根线段穿过的陶瓷颗粒数量，并计算之间的偏差，但适用于不均匀性较大的复合材料的评价。并且，以上方法并没有体现一个样品不同方向、维度上的增强相不均匀性的差异。

发明内容

基于此，有必要提供一种铝基复合材料中需评价增强相不均匀性的评价方法，该方法不仅适用于需评价增强相为单一种类的铝基复合材料，而且适用于需评价增强相为多种类的铝基复合材料，并且，即使铝基复合材料中需评价增强相的质量含量高达70％，其评价结果准确度也较高。

一种铝基复合材料中需评价增强相不均匀性的评价方法，包括以下步骤：

提供含有需评价增强相的铝基复合材料，在所述铝基复合材料中选取三个互相垂直的截面制备金相观测面，在每个所述金相观测面上选取五个视场，每个视场拍摄一张金相照片；

在每张金相照片中筛选出所述需评价增强相，计算得到每张金相照片中需评价增强相的面积占比；

根据算式一，分别计算得到每个金相观测面中需评价增强相的面积占比均值，所述算式一表示如下：

其中，

x

根据算式二，分别计算得到每个金相观测面中需评价增强相的不均匀性，所述算式二表示如下：

其中，K

x

表示j号金相观测面中需评价增强相的面积占比均值，j＝1，2，3；

根据算式三，计算得到三个金相观测面中需评价增强相的不均匀性的平均值，所述算式三表示如下：

其中，

K

根据算式四，计算得到所述铝基复合材料中需评价增强相的不均匀性，所述算式四表示如下：

其中，K表示所述铝基复合材料中需评价增强相的不均匀性；

K

K

K

表示三个金相观测面中需评价增强相的不均匀性的平均值；

根据所述K值，判断所述铝基复合材料中需评价增强相的不均匀性，K值越大，说明所述铝基复合材料中需评价增强相越不均匀，K值越小，说明所述铝基复合材料中需评价增强相越均匀。

在其中一个实施例中，所述三个互相垂直的截面由以下方法获得：

在所述铝基复合材料中任意选取一个点作为原点，从所述远点延伸出三条相互垂直的射线，分别标记为x轴、y轴和z轴；

将所述x轴和y轴所在的平面标记为xy面，将所述x轴和z轴所在的平面标记为xz面，将所述y轴和z轴所在的平面标记为yz面，分别选取xy面、xz面和yz面作截面切割，得到三个互相垂直的截面。

在其中一个实施例中，所述需评价增强相的筛选方法如下：

将所述金相照片导入金相图片分析软件中，利用所述软件识别出与所述需评价增强相同种类的增强相。

在其中一个实施例中，与所述需评价增强相同种类的增强相的识别方法如下：

利用所述软件中的二值提取指令，颜色区间的最低值选择所述需评价增强相RGB值中的最小值-X，颜色区间的最高值选择所述需评价增强相RGB值中的最大值+X，所述X的取值范围为10～30。

在其中一个实施例中，所述需评价增强相的筛选方法还包括在识别出与所述需评价增强相同种类的增强相后，利用所述软件筛选出在尺寸范围内的与所述需评价增强相同种类的增强相。

在其中一个实施例中，所述在尺寸范围内的与所述需评价增强相同种类的增强相的筛选方法如下：

利用所述软件识别出与所述需评价增强相同种类的增强相后，利用所述软件中的颗粒筛选指令，将筛选指数设置为长轴，单位设置为微米，尺寸选择范围根据情况分别选择所述需评价增强相中各增强相的尺寸范围或直接选择所述需评价增强相整体的尺寸范围。

在其中一个实施例中，所述需评价增强相中各增强相的尺寸范围或整体的尺寸范围由以下方法获得：

在每张金相照片中找到所述需评价增强相中的各增强相；

分别测量得到所述各增强相的最大尺寸和最小尺寸，即可得到所述需评价增强相中各增强相的尺寸范围或整体的尺寸范围。

在其中一个实施例中，所述各增强相的最大尺寸和最小尺寸的测量方法如下：

在各增强相中分别选取目测长度排名前5～10和倒数5～10的增强相；

分别测量得到所述排名前5～10和倒数5～10的增强相的尺寸；

各增强相中排名前5～10的最大尺寸分别为各增强相的最大尺寸，各增强相中排名倒数5～10的最小尺寸分别为各增强相的最小尺寸。

在其中一个实施例中，所述每张金相照片中需评价增强相的面积占比的计算方法如下：

利用所述软件中的二相面积含量指令，分别得到所述需评价增强相中各增强相的面积占比之后，相加，得到所述需评价增强相整体的面积占比；

或，利用所述软件中的二相面积含量指令，直接得到所述需评价增强相整体的面积之比。

上述铝基复合材料中需评价增强相不均匀性的评价方法，通过在铝基复合材料中选取三个互相垂直的截面制备金相观测面进行金相分析，通过先计算得到每个金相观测面中需评价增强相的不均匀性，再通过计算得到三个金相观测面中需评价增强相不均匀性的平均值，最后通过计算得到铝基复合材料中需评价增强相的不均匀性，相较于只取一个截面制备金相观测面进行金相分析，评价结果更为准确；同时，该方法是以每张金相照片中需评价增强相的面积占比作为基础数据计算得到最终的铝基复合材料中需评价增强相的不均匀性，不仅可以表征所有增强相的不均匀性，也可以表征特定增强相的不均匀性，因此，适用于高含量、多种类增强铝基复合材料中需评价增强相不均匀性的评价，应用范围更广。

此外，该方法综合考虑了材料在不同方向上增强相均匀性的差异，耦合了不同方向不均匀性计算的结果，对于铝基复合材料中需评价增强相的评价更客观，更全面，更有代表性，不仅适用于各向同性材料，也适用于各向异性材料。

附图说明

图1为实施例1中1号金相观测面上五个视场的金相照片；

图2为实施例1中2号金相观测面上五个视场的金相照片；

图3为实施例1中3号金相观测面上五个视场的金相照片。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述，并给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

一实施方式的铝基复合材料中需评价增强相不均匀性的评价方法，包括以下步骤S110～S170：

S110、提供含有需评价增强相的铝基复合材料，在该铝基复合材料中选取三个互相垂直的截面制备金相观测面，在每个金相观测面上选取五个视场，每个视场拍摄一张金相照片。

在本实施方式中，上述三个互相垂直的截面由以下方法获得：

在上述铝基复合材料中任意选取一个点作为原点，从该原点延伸出三条相互垂直的射线，分别标记为x轴、y轴和z轴；

将x轴和y轴所在的平面标记为xy面，将x轴和z轴所在的平面标记为xz面，将y轴和z轴所在的平面标记为yz面，分别选取xy面、xz面和yz面作截面切割，即可得到三个互相垂直的截面。

进一步的，在每个截面上制备金相观测面，即可得到三个金相观测面。

为了便于识别，在本实施方式中，某个金相观测面用j表示，j表示金相观测面的序号，可以取1，2，3。当j为1时，表示1号金相观测面，j为2时表示2号金相观测面，j为3时表示3号金相观测面。

可以理解，金相观测面还可以采用其它的符号表示。

需要说明的是，在截面上制备金相观测面采用现有公开的方法即可，这里不再赘述。

进一步的，在每个金相观测面上选取五个视场，每个视场拍摄一张金相照片。某个金相观测面上的某号视场的金相照片用ji表示，j表示金相观测面的序号，可以取1，2，3，i表示视场序号，可以取1，2，3，4，5；例如当ji为11时表示1号金相观测面上1号视场的金相照片；当ji为23时表示2号金相观测面上3号视场的金相照片。

需要说明的是，上述铝基复合材料中需评价增强相的质量含量可以高达70％，更优选的，可以高达30％以上，或50％以上。需评价的增强相可以是单一种类增强相，也可以是多种类增强相。

S120、在每张金相照片中筛选出需评价增强相，计算得到每张金相照片中需评价增强相的面积占比。

其中，需评价增强相的筛选方法如下：

将上述金相照片导入金相图片分析软件，利用该软件识别出与需评价增强相同种类的增强相。

在本实施方式中，金相图片分析软件为“ProImaging”软件，购自北京普瑞赛司仪器有限公司。

进一步的，与需评价增强相同种类的增强相的识别方法如下：

点击“ProImaging”软件中的“二值提取”，颜色区间的最低值选择需评价增强相RGB值中的最小值-X，颜色区间的最高值选择需评价增强相RGB值中的最大值+X，其中X的取值范围为10～30。

需要说明的是，需评价增强相中各增强相的RGB值可以根据经验或实验获得。

在本实施方式中，上述需评价增强相的筛选方法还包括在识别出与需评价增强相同种类的增强相后，利用该软件筛选出在尺寸范围内的与需评价增强相同种类的增强相。

具体的，在尺寸范围内的与需评价增强相同种类的增强相的筛选方法如下：

利用上述软件识别出与需评价增强相同种类的增强相后，点击“颗粒筛选”，将筛选参数设置为长轴，单位设置为微米，尺寸选择范围根据情况分别选择上述需评价增强相中各增强相的尺寸范围或直接选择上述需评价增强相整体的尺寸范围。

可以理解，当铝基复合材料中需评价增强相与剩余增强相种类相同，但尺寸范围有差异，或者当需要单独评价需评价增强相中每个增强相时，可以分别选择需评价增强相中各增强相的尺寸范围，否则选择整体的尺寸范围即可。

需要说明的是，点击“颗粒筛选”设置尺寸范围时，尺寸范围需要提前确认，这里直接输入相关参数即可。

在本实施方式中，需评价增强相中各增强相的尺寸范围或整体的尺寸范围由以下方法获得：

在每张照片中找到需评价增强相中的各增强相；

分别测量得到各增强相的最大尺寸和最小尺寸，即可得到需评价增强相中各增强相的尺寸范围或整体的尺寸范围。

需要说明的是，这里主要通过目测找到需评价增强相。测量得到需评价增强相中各增强相的最大尺寸和最小尺寸，各增强相的最大尺寸和最小尺寸即为各增强相的尺寸范围，所有增强相中的最大尺寸和最小尺寸即为整体的尺寸范围。

进一步的，上述各增强相的最大尺寸和最小尺寸的测量方法如下：

在各增强相中分别选取目测长度排名前5～10和倒数5～10的增强相；

分别测量得到上述排名前5～10和倒数5～10位的增强相的尺寸；

各增强相中排名前5～10的最大尺寸分别为各增强相的最大尺寸，各强相中排名倒数5～10的最小尺寸分别为各增强相的最小尺寸。

需要说明的是，增强相的尺寸可以利用金相软件测量得到，也可以直接量取后通过比例换算得到，这里不再赘述。

选取目测长度排名前5～10和倒数5～10的需评价增强相进行测量，可以大大减少人为主观因素带来的误差，并以较少的工作量得到较为准确的数据。

上述步骤通过“二值提取”设定颜色区间的选择范围，可以筛选出与需评价增强相同种类的增强相，再通过“颗粒筛选”设定尺寸选择范围，可以筛选出在尺寸范围内的需评价增强相。

采用本申请的筛选方法，不仅可以筛选出特定种类的需评价增强相，还可以进一步筛选出在特定尺寸范围内的特定种类的增强相，适用范围更广。

进一步的，每张金相照片中需评价增强相的面积占比的计算方法如下：

点击“ProImaging”软件中的“二相面积含量”，分别得到需评价增强相中各增强相的面积占比之后，相加，得到需评价增强相整体的面积占比。

或，点击“ProImaging”软件中的“二相面积含量”，直接得到需评价增强相整体的面积占比。

需要说明的是，上述需评价增强相的面积占比是否需要相加得到或直接得到，取决于“颗粒筛选”时的尺寸范围是分别选择各增强相的尺寸范围还是整体的尺寸范围，如果选择的是各增强相的尺寸范围，则通过“二相面积含量”只能得到各增强相的面积占比，后续需要相加，才能得到需评价增强相整体的面积占比，如果选择的是整体的尺寸范围，则通过“二相面积含量”可以直接得到需评价增强相整体的面积占比。

步骤S120得到的某个金相观测面上某个视场的金相照片中的需评价增强相的面积占比用x

此外，需要说明的是，金相图片分析软件不限于以上所述的“ProImaging”软件，其它设有“二值提取”、“颗粒筛选”等类似功能的金相图片分析软件均可。

S130、根据算式一，分别计算得到每个金相观测面中需评价增强相的面积占比均值。

其中，

x

即，根据算式一，可以分别得到1号金相观测面上五个视场五张金相照片中需评价增强相的面积占比均值(用

S140、根据算式二，分别计算得到每个金相观测面中需评价增强相的不均匀性。

其中，K

x

表示j号金相观测面中需评价增强相的面积占比均值，j＝1，2，3。

即，根据算式二，可以分别得到1号金相观测面中需评价增强相的不均匀性(用K

S150、根据算式三，计算得到三个金相观测面中需评价增强相的不均匀性的平均值。

其中，

K

S160、根据算式四，计算得到铝基复合材料中需评价增强相的不均匀性。

其中，K表示铝基复合材料中需评价增强相的不均匀性；

K

表示三个金相观测面中需评价增强相的不均匀性的平均值。

S170、根据上述K值，判断上述铝基复合材料中需评价增强相的不均匀性。

K值越大，说明铝基复合材料中需评价增强相越不均匀，K值越小，说明铝基复合材料中需评价增强相越均匀。

上述评价方法具有以下有益效果：

(1)为0～70％wt.增强相含量范围内的铝基复合材料的不均匀性评价提供了切实可行的方法；

(2)该方法适用范围广，如颗粒、纤维、晶须等增强的铝基复合材料均可适用；

(3)该方法还可用于多种不同类型、不同尺寸增强相共同增强的铝基复合材料不均匀性的表征,且在多种类增强相铝基复合材料中，其不仅可以表征所有增强相的不均匀情况，也可表征其中某一增强相的不均匀情况；

(4)该方法综合考虑了材料在不同方向上增强相不均匀性的差异，耦合了不同方向不均匀性计算的结果，对于铝基复合材料增强相的评价更全面，更有代表性，同时适用于各向异性及各向同性材料；

(5)该方法简单便捷，测试成本低，无需耗费大量人力计数，并可通过公式设定或简单编程实现计算机自动计算；

(6)该方法简准确性高，测试周期短，可避免不同测试人员间产生的主观测量误差。

以下为具体实施例。

实施例1

请参阅图1～3，分别为一实施方式的铝基复合材料的1号金相观测面上五个视场的金相照片、2号金相观测面上五个视场的金相照片和3号金相观测面上五个视场的金相照片。其中，图1中11表示1号金相观测面上1号视场的金相照片，12表示1号金相观测面上2号视场的金相照片，13表示1号金相观测面上3号视场的金相照片，14表示1号金相观测面上4号视场的金相照片，15表示1号金相观测面上5号视场的金相照片；图2中21表示2号金相观测面上1号视场的金相照片，22表示2号金相观测面上2号视场的金相照片，23表示2号金相观测面上3号视场的金相照片，24表示2号金相观测面上4号视场的金相照片，25表示2号金相观测面上5号视场的金相照片；图3中31表示3号金相观测面上1号视场的金相照片，32表示3号金相观测面上2号视场的金相照片，33表示3号金相观测面上3号视场的金相照片，34表示3号金相观测面上4号视场的金相照片，35表示3号金相观测面上5号视场的金相照片。

该铝基复合材料为240目SiC颗粒和700目SiC颗粒共同增强的铝基复合材料，需评价240目SiC颗粒和700目SiC颗粒整体在铝基复合材料中分布的不均匀性。

采用如步骤S110～S170的评价方法，计算得到上述两种增强相颗粒的K值为1.81％。

过程中数据如下表：

说明该铝基复合材料中240目SiC颗粒和700目SiC颗粒增强相整体分布较为均匀。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。