【正文】 原位合成鋁基復合材料的增強體是由材料內部反應合成的，相比于外加的增強體，其可選擇的種類較少，其中以粒子形態(tài)的增強體為主。 顆粒增強鋁基復合材料 顆粒增強鋁基原位復合材料的優(yōu)點 顆粒增強鋁基原位復合材料具有高比強度、高比模量、低密度、低熱膨脹系數(shù)和良好的耐磨性等優(yōu)良性能，目前在航空航天及汽車工業(yè)中得到廣泛應用。延伸率則隨顆粒體積分數(shù)的增大而減小。 顆粒增強金屬基復合材料 顆粒增強金屬基復合材料 (Particulate Reinforced Metal Matrix Composites，簡稱PRMMC)是將陶瓷顆粒增強相外加或自生進入金屬基體中得到兼有金屬優(yōu)點 (韌性和塑性好 )和增強顆粒優(yōu)點 (高硬度和高模量 )的復合材料。 顆粒增強金屬基復合材料概述 顆粒增強金屬基復合材料是金屬基復合材料的一個分支，屬于顆料分散相復合材料的一種。但由于金屬基原位復合材料的研究時問較短，在制備工藝、增強機制、材料性能及應用等方面還存在一些問題，有待于進一步研究及完善。 (2)固一固反應法，在該工藝中，增強相是由固相組元間的反應生成的，通過固相間原子擴散來完成，通常溫度較低，增強相的長大傾向較小，有利于獲得超細增強相，但是該工藝效率較低。固 液反應法根據(jù)反應原理可分為： ① 直接反應法 將固態(tài)碳粉或硼粉直接加入到高溫合金熔體中，使 C或 B同合金熔體中個別組元反應，從而在基體中形成碳化物或硼化物的增強粒子 [1 17]。 金屬基原位復合材料的制備方法 金屬基原位復合材料的制備方法很多，依照反應物的初始狀態(tài)，可分為固 液反應，固 固反應，液 液反應和氣 液反應 4種反應模式 [1315]。美國金屬學會 (ASM)分別于 1993年和 1995年兩次召開了原位復合材料的國際專題研討會。如果增強體能從金屬基體中直接原位生成，則相容性問題可以得到很好的解決。另外，金屬基體與增強體之間浸潤性差，有時甚至不浸潤，從而影響了復合材料力學性能的發(fā)揮。為了減少高溫下基體和增強材料之間的界面反應，提高基體對增強材料的浸潤性，通常采用加壓滲透、增強材料表面處理、基體中添加合金元素等方法。因為整個工藝過程處于較低的溫度，金屬基體和增強體都處于固態(tài)，所以，金屬基體與增強體之問的界面反應不嚴重?？梢杂行У慕柚F(xiàn)有的各種金屬材料加工工藝設備實現(xiàn)金屬基復合材料的二次加工。 ⑥ 良好的斷裂韌性和抗疲勞性能。由于金屬基體的高溫性能比聚合物高很多，增強纖維、晶須、顆粒在高溫下具有很高的高溫強度和模量，因此金屬基復合材料比金屬基體具有更 高的高溫性能；⑤ 耐磨性好。由它們制成的集成電路底板和封裝件可以迅速有效地把熱量散去，提高了集成電路的可靠性。由于在金屬基體中加入適量的高強度、高模量、低密度的纖維、晶須及顆粒等增強體，明顯提高了復合材料的比強度和比模量。金屬基復合材料的性能取決于所選用金屬或合金基體和增強體的特性、含量、分布等。 金屬基復合材料是以金屬為基體，以高強度的第 二相為增強體而制得的復合材料 [9]。在結構材料方面，不但要求強度高，還要求重量輕，在航空航天領域尤其如此。其中，增強材料是復合材料的主要承力者，特別是拉伸強度、彎曲強度和沖擊強度等力學性能主要由增強材料承擔；基體的作用是將增強材料黏合成一個整體，起到均衡應力和傳遞應力的作用，使增強材料的性能得到充分發(fā)揮，從而產(chǎn)生一種復合效應，使復合材料的性能大大優(yōu)于單一 材料的性能。 這樣 ，復合材料 就 誕生 了 。 可是， 即使比普通鋼強度高 7倍左右的高強度鋼，由于比重大， 但 比強度 卻 很低，要增加構件的強度就 等于同時 增加其重量，這對高速運動的部件來說 毫無 意義。通過元素粉末熱壓反應制備單相 Nb2AI的壓縮實驗說明，在 1 200℃ 以下發(fā)生脆性斷裂，但屈服強 度比單相 Nb3Al合金的屈服強度要高，當應變速率為 1104 s1 時，溫度為 1300 ℃ 時為 870MPa ， 溫 度 為 1500 ℃ 時為290MPa[4]NbAl。通常要采用合金化或延性相增韌來避免其室溫脆性，通過合金化和金屬陶瓷復合這樣的工藝改善其抗氧化性能。鈮與鋁形成的金屬間化合物具有優(yōu)良的高溫強度、熔點也較高和較低的密度。從某種意義來說， 人類的文明史也可以是材料的進步史。本文采用原位反應方法制備了 Al3Nb/鋁基復合材料， 利用 金相顯微鏡 、 維氏硬度 計 、 立式萬能磨損試驗機 對 不同熔鑄溫度 下， Al3Nb/鋁基復合材料 組織、 硬度及摩擦磨損性能進行 分析 ， 得出 最佳的熔鑄溫度為 850℃ ，硬度為， 并且在 接觸壓力為 20N、 30N、 40N、 50N、 60N下， 磨損 量為 、 、 、 。 本科畢業(yè)論文 題 目 : 熔鑄溫度對 Al3Nb/鋁基復合材料硬度及摩擦磨損性能影響的研究 內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 摘 要 尖端科學技術在科學技術領域的發(fā)展可謂是突飛猛進，人們對材料的性能要求越來越高，在許多方面，例如在設計導彈、人造衛(wèi)星、飛機的承載構件時，理想的結構材料應具有重量輕、強度和模量高的特點，即比強度和比模量要高。 關鍵詞 ： 單相材料 ,復合材料 , 熔鑄溫度 內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 Abstract The development is advanced science and technology in the field of science and technology is make a spurt of progress, people39。隨著航空、航天、能源及汽車工業(yè)隨之發(fā)展，人類對材料性能的要求愈來愈高 .在研究和發(fā)展金屬間化合物發(fā)現(xiàn)具有密度小、熔點高、高溫性能優(yōu)越、化學穩(wěn)定性良好等特點，在航空、艦艇和航天器及火箭發(fā)動機 ,工業(yè)用燃氣輪機的高溫部件、核反應堆、石油化工設備等領域應用具有獨特的優(yōu)勢。 Nb、 A1可作為一種高磁場、高電流下的超導材料來使用 [23]。目前研究較多的 Nb— Al系金屬間化合物主要是 Nb3A1和NbAl3。在 Nb— Al系 3種金屬間化合物中具有最低的氧化速率 [5],合金的熔點高、密度低和高溫氧化性能好。顯然 ，傳統(tǒng)的單相材料不能滿足實際的需求。 復合 材料的定義和分類 復合材料 (posite materials)是由兩種或兩種以上的材料通過先進的材料制備技術組合而成的性能優(yōu)異的新材料。復合材料的性能主要取決于：① 基體的性能； ② 增強材料的性能； ③ 基體與增強材料之間的界面性能。金屬基復合材料正是為了滿足上述要求而誕生的。因此，對這種材料既可以按基體來分類，又可以按增強體來分類： ① 按基體材料分為：鋁基、鎂基、鋅基、銅基、鈦基、鎳基、耐熱金屬基、金屬間化合物基等復合材料。通過優(yōu)化組合可以得到具有以下性能的復合材料。用高比強度、比模量復合材料制 成的構件質量輕、剛性好、強度高，是航空航天領域理想的結構材料。 ③ 熱膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性好。在金屬基體中加入了大量的陶瓷增強體，特別是細小的陶瓷顆粒。金屬基復合材料的斷裂韌性和抗疲勞性能取決于纖維等增強體與金屬基體的界面結合狀態(tài)，增強體在金屬基體中的分布以及金屬基體、增強體本身的特性，特別是界面狀態(tài)，最佳的界面結合狀態(tài)既可有效地傳遞載荷，又能阻止 裂紋的擴展，提高材料的斷裂韌性；據(jù)美國宇航公司報道 C／ Al復合材料的疲勞強度與拉伸強度比為 。 金屬基復合材料的制備方法 20世紀 70年代以來，金屬基復合材料制造方法日趨成熟，主要可以分為三大類[10]:① 固態(tài)法。 ② 液態(tài)法。 ③ 其他方法。雖然這些都有解決的方法，但復合材料的制備工藝內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 5 會變得相對復雜。因為原位生成的增強體與金屬基體界面結合良好，生成相的熱力學穩(wěn)定性好，不存在基體與增強體之間的潤濕和界面反應等問題。由此可見，原位 MMCS及其制備技術已成為材料科 學工作者普遍關注的研究課題。 (1)固 液反應法，固 液反應法是目前研究較廣的一種復合工藝。 ② 還原反應法 該法利用了化學的還原反應原理，即將不穩(wěn)定的化合物加入到合金熔體中，使合金熔體中的組元與加入的化合物發(fā)生熱還原反應，生成所需要的更加穩(wěn)定的陶瓷或金屬間化合物增強相 [1 19]。屬于此方法的復合工藝有自蔓延高溫合成法 (SHS)、 XDTM法、接觸反應 法、混合鹽反應法和機械合金化 (MA)法等。目前，對金屬基原位復合材料的研究主要集中在以下幾個方面： ① 金屬基原位復合材 料的制備工藝研究和創(chuàng)新； ② 研究增強相的形成機理，進一步完善反應熱力學、動力學體系。這種復合材料的增強體是主要的承載者 ，基體的作用在于傳遞載荷和便于加工。 PRMMC具有增強體成本低 ，微觀結構均勻，材料各向同性，可采用熱壓、熱軋等傳統(tǒng)金屬加工工藝進行加工等優(yōu)點，因而倍受關注。材料的拉伸性能則受增強顆粒的尺寸、分布及體積分數(shù)等多種因素的影響。 顆粒增強鋁基原位復合材料的制備特點 顆粒增強鋁基復合材料的原位合成是通過元素間或化合物間的化學反應，在鋁基體內原位生成一種或幾種高硬度高彈性模量的陶瓷材料增強體，從而達到增強鋁基體的目的。 內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 9 顆粒增強鋁基原位復合材料的應用 在航空航天方面， Al356和 Al357／ SiC顆粒增強鋁基原位復合材料可制造飛機液壓管，直升飛機支架和閥體。國內已將鋁基復合材料應用于剎車輪，使其重量減少了 30％～ 60％，且導熱性大大改善。 近年來，原位合成顆粒增強鋁基復合材料因其一方面具有高的比強度，比剛度，低的熱膨脹系數(shù)，耐磨損，成本低等優(yōu)點，另一方面由于其增強體在熔體內 反應生成，具有尺寸小，界面潔凈無污染，熱穩(wěn)定性好，且與基體界面相容性好等特點，在航空，航天以及兵器和車輛等領域中，獲得了迅速的發(fā)展，是一種理想的新型結構材料，以成為鋁基復合材料研究中的一個重要的研究方向。由于 NbAL原位反應生成的 AL3Nb金屬間化合物具有優(yōu)越的性質，作為增強顆粒，與鋁相容性很好，是理想的增強顆粒，所以研究它無疑對 ALNb化合物增強鋁基復合材料的研究增加更多的參考價值，本文采用反應鑄造法原位合成 Al3Nb顆粒增強 鋁基復合材料，也正是基于增強體優(yōu)越的性質，以及反應鑄造原位合成制備技術 成本較低，工藝簡單，容易操作 。采用硬度計測 試不同熔鑄溫度的硬度 力學性能 。這種材料與目前廣泛研究和應用的 Fe． Al系、 Ni． Al系、Ti． Al系相比，具有更高的熔點和適中的密度，是一種潛在的高溫結構材料。 （試樣總質量為 100g） 表 21 試驗用工業(yè)純鋁的化學成分表， wt% Al Fe Si Cu Ca 其他