擠壓鑄造法制備Ti2AlC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的組織及性能研究.pdf

1、顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的比強(qiáng)度和比模量高,熱膨脹系數(shù)低,導(dǎo)熱性能好,并且具有制備工藝簡(jiǎn)單,容易二次加工等優(yōu)點(diǎn),是當(dāng)前金屬基復(fù)合材料研究發(fā)展的重點(diǎn),在航天、航空、電子、汽車以及先進(jìn)武器系統(tǒng)等高技術(shù)領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用前景。
　　然而,很多目前研究的顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的摩擦與導(dǎo)電性能不能滿足一些應(yīng)用領(lǐng)域的需要;此外,顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的加工困難,可靠性、損傷容限較差。因此,尋找一種耐磨、導(dǎo)電并具有一定可加工性能,同時(shí)能夠保持傳統(tǒng)鋁基復(fù)

2、合材料優(yōu)良力學(xué)性能的顆粒增強(qiáng)體就顯得十分重要。Ti2AlC三元化合物是最近備受關(guān)注的一種新型化合物,具有高強(qiáng)度和高模量,導(dǎo)電和可加工性能好,并具有一定的塑性,是新型顆粒增強(qiáng)體優(yōu)秀的備選材料。
　　本研究采用擠壓鑄造法制備了增強(qiáng)體含量分別為20vol％和40vol%的Ti2AlC增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料,利用掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀觀察和分析了材料的組織與相組成,利用維氏顯微硬度計(jì)和萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)分別測(cè)試了材料的硬度、室溫抗拉抗壓性能,室溫

3、抗彎性能及和室溫?cái)嗔秧g性,分析了材料的增強(qiáng)機(jī)制;此外,對(duì)材料的室溫摩擦磨損性能及導(dǎo)電性能也進(jìn)行了研究。
　　相組成測(cè)試結(jié)果表明,20vol%Ti2AlC/Al復(fù)合材料由Al、Ti2AlC和少量TiC相組成;40vol%Ti2AlC/Al復(fù)合材料由Al、Ti2AlC以及少量TiC和TiAl3相組成,從熱力學(xué)和相圖角度分析了材料相組成存在差異的原因。采用阿基米德法測(cè)定了材料的密度并計(jì)算致密度,結(jié)合SEM組織觀察結(jié)果發(fā)現(xiàn),增強(qiáng)體顆粒在兩

4、種復(fù)合材料基體中均勻分布;20vol%Ti2AlC/Al復(fù)合材料的致密度小于1.0,組織中存在一定的孔隙疏松;40vol%Ti2AlC/Al復(fù)合材料的致密度為1.0,組織致密無(wú)孔隙等缺陷。
　　材料的硬度和室溫拉伸、壓縮性能和室溫三點(diǎn)彎曲性能的測(cè)試結(jié)果表明,Ti2AlC顆粒增強(qiáng)體能夠顯著提高基體Al的顯微硬度、室溫抗拉抗壓強(qiáng)度和室溫抗彎強(qiáng)度;隨增強(qiáng)體含量的增加,復(fù)合材料的以上性能隨之升高。20vol%Ti2AlC/Al復(fù)合材料組織

5、中存在的缺陷使其室溫?cái)嗔秧g性低于40vol%Ti2AlC/Al復(fù)合材料。同時(shí)對(duì)材料硬度壓痕以及斷口進(jìn)行了分析,探討了Ti2AlC顆粒增強(qiáng)體對(duì)Al基體的強(qiáng)化機(jī)制。
　　材料的室溫干滑動(dòng)摩擦磨損過(guò)程分為初始、穩(wěn)定和波動(dòng)三個(gè)階段,摩擦系數(shù)和體積磨損率隨Ti2AlC增強(qiáng)體含量的增加而降低;分析了復(fù)合材料的磨損過(guò)程以及復(fù)合材料的磨損機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn),復(fù)合材料在摩擦初始和波動(dòng)階段以粘著磨損為主,進(jìn)入穩(wěn)態(tài)階段后,粘著磨損和磨屑磨損共同發(fā)生。