【正文】 設(shè)備 ................................................. 12 實驗原理 ....................................................... 14 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 實驗過程 ....................................................... 14 第三章 試驗結(jié)果及分析 ................................................. 17 樣品表征 ....................................................... 17 性能測試 ....................................................... 20 結(jié)論 .................................................................. 22 參考文獻(xiàn) .............................................................. 23 致謝 .................................................................. 25 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 1 引言 材料在人類發(fā)展史上有著舉足輕重的作用，一種新材料的出現(xiàn)，通常會引起生產(chǎn)力的大幅度提高和生產(chǎn)工具的革新。在近十多年來工業(yè)發(fā)達(dá)國家，如美國、日本、歐洲為了大力發(fā)展金屬間化合物結(jié)構(gòu)材料都制定了全國性的研究計劃，發(fā)展具有比 Ni基高溫合金性能更好的高溫結(jié)構(gòu)材料是他們的長遠(yuǎn)目標(biāo)，尤其注重發(fā)展一種具有溫度和力學(xué)性能介于 Ni基高溫合 金和高溫陶瓷材料之間的高溫材料、使用溫度能更高而高溫力學(xué)性能特別是強(qiáng)韌性良好的材料 [1]。由于具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)和有限的滑移帶，鈮鋁金屬間化合物的室溫塑性和韌性差，所以，提高延性和增韌是其獲得工業(yè)應(yīng)用的必備條件。 Nb3Al金屬間化合物的高溫屈服強(qiáng)度相當(dāng)高，在 l200℃ 為 800MPa， l 300℃ 為500MPa。這些年， NbAl3合金的高溫抗氧化性能可以通過添加 Cr、 Y和 Si的微合金化過程來改善 [6]。 所以 促使人們 制備 研究出由多相組 合的復(fù)合材料， 來 提高材料的性能。一般來說，復(fù)合材料由基體和增強(qiáng)材料組成。復(fù)合材料的分類方法較多，通常有以下幾種： ① 按材料性能高低分為：常用復(fù)合材料和先進(jìn)復(fù)合材料； ② 按材料用途分為：結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料； ③ 按增強(qiáng)材料形態(tài)及分布方式分為：纖維連續(xù)增強(qiáng)復(fù)合材料、短纖維增強(qiáng)復(fù) 合材料、晶須增強(qiáng)復(fù)合材料、薄片增強(qiáng)復(fù)合材料； ④ 按增強(qiáng)材料類型分為：無機(jī)非金屬增強(qiáng)復(fù)合材料、金屬增強(qiáng)復(fù)合材料、有 機(jī)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料； 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 3 ⑤ 按基體材料類型分為：有機(jī)材料基復(fù)合材料、無機(jī)非金屬基復(fù)合材料和 金 屬基復(fù)合材料 [7]。與傳統(tǒng)的金屬材料相比，它具有較高的比強(qiáng)度與比剛度，而與樹脂基復(fù)合材料相比，它又具有優(yōu)良的導(dǎo)電性與耐熱性，與陶瓷材料相比，它又具有高韌性和高抗沖擊性能。目前以鋁基、鎂基、鎳基、鈦基復(fù)合材料發(fā)展較為成熟，已在航空航天、電子、汽車等工業(yè)中應(yīng)用； ② 按增強(qiáng)材料分為：連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料；非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料 (包括顆粒、短纖維、晶須增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料 )；自生增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料 (包括反應(yīng)自生和定向自生、大變形 )；層板金屬基復(fù)合材料。 ① 高比強(qiáng)度、高比模量。 ② 導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能好。金屬基復(fù)合材料中所用的增強(qiáng)體均具有很小的熱膨脹系數(shù)，又具有很高的模量 。用它們來增強(qiáng)金屬不僅提高了材料的強(qiáng)度和剛度，也提高了復(fù)合材料的硬度和耐磨性。 ⑦ 不吸潮、不老化、氣密性好。固態(tài)法是指在金屬基體基本上處于固態(tài)情況下，制成復(fù)合材料的 方法。液態(tài)法是指在金屬基體處于熔融狀態(tài)下與固態(tài)的增強(qiáng)體復(fù)合的制造方法。主要包括原位自生法、物理氣相沉積法、化學(xué)氣相沉積法、化學(xué)鍍和電鍍及復(fù)合鍍法等。而在原位自生法制備的金屬基復(fù)合材料中，基體與增強(qiáng)材料間的相容性好、界面干凈、結(jié)合牢固，特別當(dāng)增強(qiáng)材料與基體之間有共格或半共格關(guān)系時，能非 常有效地傳遞應(yīng)力，界面上不生成有害的反應(yīng)產(chǎn)物，因此這種復(fù)合材料有優(yōu)異的力學(xué)性能，越來越受到大家的青睞 [11]。 早在 1967年，前蘇聯(lián) A． G． Merzhanov等人在用 自蔓延高溫合成法 (SHS)合成TiB2／ Cu功能梯度材料時，提出了原位復(fù)合材料 (in situ posites)的構(gòu)想，但當(dāng)時尚未引起人們的重視。原位反應(yīng)合成技術(shù)的基本原理是通過元素間或化合物間的化學(xué)反應(yīng)，在金屬基體內(nèi)原位生成一種或幾種高硬度、高彈性模量的陶瓷增強(qiáng)相，從而達(dá)到增強(qiáng)金屬基體的目的 [12]。一般是將反應(yīng)物粉末與金屬熔體混合，使加入粉術(shù) 與金屬熔體成分反應(yīng)或自行分解，生成難熔的高硬度質(zhì)點，均勻分散在基體中，形成復(fù)合材料。 ③ 反應(yīng)擠壓鑄造法 該法的基本原理是將基體金屬液擠壓滲透到由反應(yīng)物制成的預(yù)制體中，通過其與基體金屬或其中的某一組元反應(yīng)生成新的增強(qiáng)相，從而達(dá)到強(qiáng)化基體的目的。 金屬基原位復(fù)合材料的研究趨勢與展望 金屬基原位復(fù)合材料作為材料家族的一支新軍，雖然其發(fā)展歷史只有幾十年，內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 7 但己顯示出強(qiáng)大的生命力。研究反應(yīng)控制過程的方法，以便能控制反應(yīng)速度以及生成增強(qiáng)相的大小、形狀和分布； ③進(jìn)一步研究增強(qiáng)體與基體的金屬學(xué)關(guān)系，顯微組織與力學(xué)性能的關(guān)系； ④ 進(jìn)一步研究增強(qiáng)相對材料的強(qiáng)化機(jī)制及增韌機(jī)制。基體材料可以是有色金屬，也可以是黑色金屬。由于增強(qiáng)顆粒的加入， PRMMC具備了一些不同于基體合金的物理和機(jī)械性能。磨損性能的提高是 PRMMC的重要特性之一，由于碳化物粒子等增強(qiáng)顆粒的存在，PRMMC具有優(yōu)異的耐磨性能。由于增強(qiáng)體是反應(yīng)合成的，內(nèi)生 于基體之中，因而具有許多外加強(qiáng)化相強(qiáng)化鋁基復(fù)合材料所不具有的獨特優(yōu)點： (1)增強(qiáng)體在鋁基體上原位形核、長大，具有強(qiáng)界面結(jié)合、良好的相容性； (2)通過選擇反應(yīng)物來控制增強(qiáng)體種類、大小和數(shù)量，并可以通過工藝來控制其大小和分布，不易出現(xiàn)增強(qiáng)體的團(tuán)聚和偏析； (3)省去了增強(qiáng)體的預(yù)處理，簡化了工藝流程，成本也相對降低： (4)增強(qiáng)體顆粒細(xì)小，往往處于微米級或微米以下，能保證鋁基復(fù)合材料不但有良好的韌性和高溫性能，而且有很高的強(qiáng)度和彈性模量； (5)能與鑄造工藝結(jié)合，直接制造出形狀復(fù)雜、尺寸變化大的近終形產(chǎn)品。 2099鋁合金 +25％ SiC材料可以制造火箭發(fā)動機(jī)零件。顆粒增強(qiáng)鋁基原位復(fù)合材料還可用于制造自行車、 醫(yī)療器具、運動器械等其他高性能要求的零部件。自反應(yīng)原位生成增強(qiáng)體的鋁基復(fù)合材料是復(fù)合材料領(lǐng)域中的一種新的制備方法，由于具有制備工藝相對簡單，材料制造成本低等優(yōu)點而日益受到人們的重視。 研究內(nèi)容 主要研究內(nèi)容為原位復(fù)合材料的制備工藝、增強(qiáng)相尺寸控制、原位復(fù)合材料的最佳成分選擇、常溫力學(xué)性能檢測、增強(qiáng)相與基體界面的金屬學(xué)特征、增強(qiáng)機(jī)制的分析和討論。 立式萬能磨損試驗機(jī) 測試不同熔鑄溫度的 耐摩擦 磨損 程度。同時，Nb． A1也可作為一種高電流、高磁場下的超導(dǎo)材料來使用。相對傳統(tǒng)鋁合金而言，其可以大大改善材料的機(jī)械性能，然而，這些材料有以下不足：基體與陶瓷增強(qiáng)相的熱膨脹系數(shù)相差很大、高的脆性。最使人們感興趣的是 Al3Nb，其密度 (／ cm3)，高熔點 (1605℃ )這些是 SiC所不具有的。 功能：測定黑色金屬，硬度和金，有機(jī)金屬表面滲氮層，非金屬材料的維氏度 . MMW1型立式萬能磨損試驗機(jī)是由主軸驅(qū)動系統(tǒng)、各種摩擦副專用夾具、油盒與加熱器、摩擦力矩測定系統(tǒng)、摩擦副下副盤升降系統(tǒng)、彈簧式微機(jī)施力系 統(tǒng)、操作面板系統(tǒng)以及試驗機(jī)減震墊鐵等部分組成。 ：對原位合成的復(fù)合材材料進(jìn)行金相組織觀察。 實驗原理 NbAl 合金在熔煉過程中，由于鈮和鋁的密度和熔點存在很大的差異，容易導(dǎo)致低熔點元素的揮發(fā)， Nb 和氣氛氣體、坩鍋或模具之間的反應(yīng) , 從而影響合金收率。 實驗過程 、熔煉及澆鑄過程 按照實驗試件所需爐料的配比將原材料在鉗工臺上使用手鋸進(jìn)行切割配制，將配好的爐料按試件編號準(zhǔn)備好。將一號爐升溫至 1100℃ ，待爐溫穩(wěn)定后將 將盛有一定量工業(yè)純鋁鋁塊的石墨坩堝放入高溫電阻爐中 。的倒角，防止精拋時毛邊刮蹭精拋布造成不必要的劃痕。 (3)砂紙打磨后的無劃痕的試件就可以粗拋光了。直到試件表面較為光潔且無劃痕?；瘜W(xué)腐蝕就是將精拋光好的磨光面在化學(xué)腐蝕劑中腐蝕一定時間，從而顯示其試樣組織形貌。 其過程大致為：清洗試樣表面并吹干 → 計時腐蝕 → 清洗腐蝕面 → 吹干 → 組織形貌觀察。 腐蝕好的試樣進(jìn)行金相組織觀察。 圖 32 不同處理狀態(tài)下 鋁基原位復(fù)合材料 的金相顯微組織 a 為純鋁組織， b 為熔鑄溫度 800℃組織 在熔鑄溫度為 800℃組織與純鋁的組織圖對比可以看出有 Al3Nb顆粒增強(qiáng)體 生成分布于鋁 基 中，其含量較少且分布較為均勻， Al3Nb顆粒增強(qiáng)體成團(tuán)球狀分布于鋁基中，所以在此溫 度下鋁基中溶解的 Al3Nb顆粒增強(qiáng)體量有所提高。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 19 圖 35 不同處理狀態(tài)下 鋁基原位復(fù)合材料 的金相顯微組織 a 為熔鑄溫度 750℃組織， b 為熔鑄溫度 800℃組織， c 為熔鑄溫度 850℃組織， d 為熔鑄溫度 900℃組織 在不同溫度下隨著熔鑄溫度的提高 Al3Nb顆粒增強(qiáng)體 生成 分布于鋁 基 中，成先增加后減少的趨勢： 750℃ 組織 ,有少量 Al3Nb顆粒增強(qiáng)體 生成 分布于鋁 基 中，其含量較少且分布不均勻， Al3Nb顆粒增強(qiáng)體多成點鏈狀分布于鋁基中。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 20 性能測試 一定的接觸壓力下，具有滾動，滑動或滑滾復(fù)合運動的摩擦形式，可在極低速或高速條件下，用來評定潤滑劑，金屬，塑料，涂層，橡膠，陶瓷等材料的摩擦磨損性能。 4. 在熔鑄溫度為 900℃， Al3Nb顆粒增強(qiáng)體 生成 分布于鋁 基 中，對其抗磨損的程度最差。 850℃， Al3Nb顆粒增強(qiáng)體 生成 分布于鋁 基 中，對其硬度影響最大。 3) 熔鑄溫度為 750℃ 850℃ 時， Al3Nb 對鋁基復(fù)合材料各項性能 顯上升趨勢，而 熔鑄溫度為 900℃ 時， Al3Nb 對鋁基 復(fù)合材料各項性能沒有明顯變化 。代書華老師以其嚴(yán)謹(jǐn)求實的治學(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、 兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風(fēng)對我產(chǎn)生重要影