攪拌摩擦加工原位制備IMC-Al復合材料的組織與性能.pdf

1、鋁及鋁合金在航空航天及眾多民用領(lǐng)域得到廣泛應用，但其硬度和強度較低、耐磨性較差。論文采用攪拌摩擦加工的方法制備 IMC/Al復合材料，以期改善鋁及鋁合金的上述缺點，研究了攪拌頭形貌、粉末種類及形態(tài)、加工道次、粉末顆粒尺寸、粉末混合方式對 IMC/Al復合材料組織的成形、組織均勻性和力學性能的影響。得到以下結(jié)論：
　　采用攪拌摩擦加工方法制備了IMC/Al復合材料，發(fā)現(xiàn)攪拌頭對IMC/Al復合材料成形及組織均勻性具有很大的影響，其中

2、帶錐形并具有較粗直徑攪拌針的攪拌頭更有利于獲得好的成形及組織均勻性；N i粉在IMC/Al復合材料中的團聚程度隨加工次數(shù)的增加而減弱；采用粉末混合的方式可以有效減小Ni粉的團聚，提高 IMC/Al復合材料組織的均勻性。試驗優(yōu)化出本試驗條件下的最佳工藝參數(shù)：選用帶錐形攪拌針，攪拌針根部直徑Φ8 mm、頂部直徑Φ6 mm的攪拌頭，添加Ni+PTFE混合粉末，加工道次為5道，此時能獲得均勻完整且?guī)缀鯚oNi粉團聚的IMC/Al復合材料。

3、　　通過SEM、TEM、XRD、EPMA等分析測試手段，發(fā)現(xiàn)IMC/Al復合材料的組織結(jié)構(gòu)為Al、Al3N i金屬間化合物和N i粉團聚物。Al3N i金屬間化合物粒子尺寸為亞微米級和納米級并且分布彌散。Ni粉團聚物尺寸粗大，形貌呈“殼核結(jié)構(gòu)”，核為團聚的Ni，殼為Al3N i。N i粉團聚現(xiàn)象越嚴重，Al3N i金屬間化合物含量就越低，組織的均勻性越差。Ni粉末團聚物是由多個N i粉顆粒在攪拌摩擦加工過程中聚集在一起后相互之間通過焊合

4、形成的整體。Ni粉末團聚物內(nèi)部的Ni粉顆粒之間的結(jié)合強度較弱，其顯微硬度值200HV以內(nèi)。團聚的形式有無規(guī)則型、長條型（延展型）、彎曲型、折疊型、流線花樣型、分散型。
　　性能方面，IMC/Al復合材料顯微硬度相對純鋁均提高了約2倍以上，其中添加球形Ni粉的IMC/Al復合材料顯微硬度可達201HV（純Al的6倍），但硬度值分布不均勻；添加La2O3的IMC/Al復合材料的顯微硬度為120HV（純Al的4倍），且硬度分布均勻；Ni

5、粉尺寸增加時，復合材料的抗拉強度從130MPa增加到200MPa，但延伸率從22％下降到10%。添加球形Ni粉的IMC/Al復合材料強度大于添加GH4169和無規(guī)則狀N i粉的IMC/Al復合材料的強度，但塑性差。添加Ni+PTFE的IMC/Al復合材料的抗拉強度為237MPa，相對于1060Al提高了4倍，延伸率為22%，依然保持了良好的塑性。拉伸試樣斷口處的 N i粉團聚物出現(xiàn)破裂，其邊界與基體之間發(fā)生開裂，開裂處在Al3N i金屬