短纖維增強鋁基復(fù)合材料制備工藝與性能研究.pdf

1、隨著汽車工業(yè)迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)單一的材料在性能上已經(jīng)不能滿足發(fā)展的需要，金屬基復(fù)合材料(MMCs)以其良好的物理化學(xué)性能及可設(shè)計性迅速脫穎而出。金屬基復(fù)合材料傳統(tǒng)的制備工藝為擠壓鑄造法，該法成本較高，對設(shè)備要求較高，工藝較為復(fù)雜，且制件后續(xù)加工困難。為簡化制備MMCs的傳統(tǒng)工藝，降低成本，拓寬其在汽車工業(yè)中應(yīng)用，本文嘗試使用低壓液態(tài)金屬浸滲法制備鋁基復(fù)合材料。
　　 液態(tài)浸滲法制備工藝分為兩步：一是增強相預(yù)制體的制備；二是液態(tài)金屬的

2、浸滲。預(yù)制體的性能決定了復(fù)合材料的性能，本文系統(tǒng)地研究了預(yù)制體的制備工藝，對比了多種添加劑，經(jīng)過實驗確定了無機粘結(jié)劑偏磷酸鋁溶液，有機粘結(jié)劑淀粉溶液，分散劑聚丙烯酸鈉溶液(PAAS)，填充劑石墨顆粒及消泡劑正丁醇為最佳添加組分。通過正交實驗對預(yù)制體制備工藝進行設(shè)計與篩選，并利用SEM，XRD對預(yù)制體內(nèi)部組織進行觀察分析，得到了預(yù)制體最佳制備工藝：原料配比A 9:1，原料配比B 1:10，燒結(jié)溫度1050℃，保溫時間2.5h，確定了烘干和

3、燒結(jié)升溫制度，制備出滿足浸滲實驗要求的預(yù)制體。
　　 本文研制了氣壓液態(tài)金屬浸滲成型裝置，并對復(fù)合材料的制備工藝、力學(xué)性能以及微觀組織結(jié)構(gòu)進行了研究。通過監(jiān)控浸滲過程中溫度場的變化，分析了液態(tài)金屬在預(yù)制體內(nèi)的流動形式對材料成型的影響。在液態(tài)金屬浸滲過程中，臨界浸滲壓力、預(yù)制體預(yù)熱溫度、浸滲溫度及保壓時間等工藝參數(shù)對復(fù)合材料的致密度，界面結(jié)合性能有很大影響。本文計算了上述幾個主要因素的理論值并結(jié)合實驗得到了較為合適工藝參數(shù)：浸滲壓

4、力0.5MPa，升壓速率為2KPa/s；浸滲溫度800℃；保壓時間1min；保溫時間1h。
　　 本文初步探討了短纖維增強機理，利用 XRD、SEM及EDAX等儀器對液態(tài)浸滲法制備Al2O3sf/Al復(fù)合材料過程中所產(chǎn)生的缺陷進行了細致的觀察與分析。結(jié)果表明復(fù)合材料主要缺陷為殘留氣孔、顯微縮孔以及浸滲過程中產(chǎn)生的Mg2Si等夾雜顆粒，而界面反應(yīng)程度比較微弱，對復(fù)合材料性能影響不大，可以通過調(diào)整預(yù)制體制備工藝及浸滲工藝參數(shù)，可以獲