Fe-,3-Al金屬間化合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)增強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，對鋁基復(fù)合材料提出了越來越高的要求。目前，鋁基復(fù)合材料的增強方式主要有顆粒、晶須、長纖維增強等幾種。本文針對現(xiàn)有體系中的某些缺陷，查閱、分析了大量國內(nèi)外相關(guān)文獻，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、采用機械合金化及退火工藝制備了Fe3Al金屬間化合物粉體，對Fe3Al的形成過程和機理進行了研究，利用XRD、SEM等測試手段對制備過程中Fe3Al的形成能力及粉體的形貌進行了表征。通過機械合金化工藝，能夠在球磨過程中使Al元素逐漸溶于Fe中形成無序α—Fe(Al)過飽和固溶體，通過隨后的退火工藝，無序α相通過Al原子的重排和籌界移動，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)工藝對材料性能的影響，研究了這種多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的拓撲結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能特點。利用阿基米德法測試網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對密度，利用氣泡法測試網(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型電子萬能材料試驗機測定了抗壓強度。 實驗結(jié)果表明，室溫至800℃的燒結(jié)過程在流動的高純氬氣氛圍中進行有助于有機物在該階段的充分揮發(fā)。升溫速度為材料燒結(jié)過程中保持尺

4、寸穩(wěn)定的主要因素，升溫速度為1℃/min時材料保持良好的尺寸穩(wěn)定性。800℃以上為真空燒結(jié)過程，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)件的抗壓強度可達1.63MPa，而孔隙率為94.3％時，抗壓強度僅為0.1MPa。 三、采用真空負壓浸滲技術(shù)制備了Fe3Al網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)增強鋁基復(fù)合材料。考察了不同的負壓

5、條件、預(yù)制件預(yù)熱溫度及浸滲溫度對浸滲質(zhì)量的影響。通過試驗證明，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Fe3Al/Al復(fù)合材料試樣進行了組織及力學(xué)性能分析。研究了材料界面區(qū)的微觀結(jié)構(gòu)及拓撲形貌，界面相組成，界面區(qū)合金元素的分布。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)增強體的體積分數(shù)明顯影響彎曲強度和斷裂韌性，當增

6、強相體積分數(shù)為9％時，復(fù)合材料的最大高的彎曲強度達到258Mpa，斷裂韌性為12.6MPam1/2。當增強體體積分數(shù)大于9％時，隨著增強體體積分數(shù)的增加，復(fù)合材料的彎曲強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)合材料的磨損試驗數(shù)據(jù)相擬合，能夠較好地反映網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)增強復(fù)合材料的磨損