Fe-,3-Al金屬間化合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)Al基復(fù)合材料研究.pdf

1、隨著汽車、航空航天工業(yè)的高速發(fā)展，對(duì)鋁基復(fù)合材料提出了越來(lái)越高的要求。目前，鋁基復(fù)合材料的增強(qiáng)方式主要有顆粒、晶須、長(zhǎng)纖維增強(qiáng)等幾種。本文針對(duì)現(xiàn)有體系中的某些缺陷，查閱、分析了大量國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，考慮到Fe3Al金屬間化合物制備成本低、硬度高、具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，特別是受Fe3Al金屬間化合物特有的多鍵態(tài)結(jié)構(gòu)帶來(lái)的耐高溫、抗氧化及耐腐蝕等性能的啟發(fā)，首次選用Fe3Al制備三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)件用以增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，并獲得初步成功。

2、本文主要做出以下研究： 一、采用機(jī)械合金化及退火工藝制備了Fe3Al金屬間化合物粉體，對(duì)Fe3Al的形成過(guò)程和機(jī)理進(jìn)行了研究，利用XRD、SEM等測(cè)試手段對(duì)制備過(guò)程中Fe3Al的形成能力及粉體的形貌進(jìn)行了表征。通過(guò)機(jī)械合金化工藝，能夠在球磨過(guò)程中使Al元素逐漸溶于Fe中形成無(wú)序α—Fe(Al)過(guò)飽和固溶體，通過(guò)隨后的退火工藝，無(wú)序α相通過(guò)Al原子的重排和籌界移動(dòng)，逐步由有序度較低的B2結(jié)構(gòu)向有序度較高的D03結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。

3、二、利用有機(jī)物燒蝕法制備了Fe3Al網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)件，探索了不同燒結(jié)工藝對(duì)材料性能的影響，研究了這種多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及力學(xué)性能特點(diǎn)。利用阿基米德法測(cè)試網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對(duì)密度，利用氣泡法測(cè)試網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)孔徑。利用SEM觀察與分析了金相組織和孔狀形貌特征，利用Instron5569型電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)定了抗壓強(qiáng)度。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，室溫至800℃的燒結(jié)過(guò)程在流動(dòng)的高純氬氣氛圍中進(jìn)行有助于有機(jī)物在該階段的充分揮發(fā)。升溫速度為材料燒結(jié)過(guò)程中保持尺

4、寸穩(wěn)定的主要因素，升溫速度為1℃/min時(shí)材料保持良好的尺寸穩(wěn)定性。800℃以上為真空燒結(jié)過(guò)程，升溫速度為4℃/min，1380℃保溫90min后隨爐冷卻后得到了組織及力學(xué)性能最優(yōu)試樣。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)件的抗壓強(qiáng)度隨著孔隙率的下降逐漸增加，孔隙率為80％的Fe3Al網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)件的抗壓強(qiáng)度可達(dá)1.63MPa，而孔隙率為94.3％時(shí)，抗壓強(qiáng)度僅為0.1MPa。 三、采用真空負(fù)壓浸滲技術(shù)制備了Fe3Al網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料?？疾炝瞬煌呢?fù)壓

5、條件、預(yù)制件預(yù)熱溫度及浸滲溫度對(duì)浸滲質(zhì)量的影響。通過(guò)試驗(yàn)證明，提高熔煉溫度和預(yù)制體的預(yù)熱溫度有利于鋁熔液與Fe3Al的潤(rùn)濕，鋁熔液熔煉溫度為1000℃，預(yù)制體預(yù)熱溫度為1000℃的條件下，負(fù)壓浸滲獲得了最佳的浸滲效果，鋁基體與預(yù)制體界面結(jié)合良好。 對(duì)Fe3Al/Al復(fù)合材料試樣進(jìn)行了組織及力學(xué)性能分析。研究了材料界面區(qū)的微觀結(jié)構(gòu)及拓?fù)湫蚊?，界面相組成，界面區(qū)合金元素的分布。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)體的體積分?jǐn)?shù)明顯影響彎曲強(qiáng)度和斷裂韌性，當(dāng)增

6、強(qiáng)相體積分?jǐn)?shù)為9％時(shí)，復(fù)合材料的最大高的彎曲強(qiáng)度達(dá)到258Mpa，斷裂韌性為12.6MPam1/2。當(dāng)增強(qiáng)體體積分?jǐn)?shù)大于9％時(shí)，隨著增強(qiáng)體體積分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和斷裂韌性急劇下降。 另外，研究了復(fù)合材料摩擦磨損行為，建立了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)復(fù)合材料的摩擦磨損模型。指出該模型不同于Khruschov模型和Zum-Gahr模型，其關(guān)系不遵循線性規(guī)則。該模型與復(fù)合材料的磨損試驗(yàn)數(shù)據(jù)相擬合，能夠較好地反映網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)復(fù)合材料的磨損