【正文】 ......................... 14 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 實(shí)驗(yàn)過(guò)程 ....................................................... 14 第三章 試驗(yàn)結(jié)果及分析 ................................................. 17 樣品表征 ....................................................... 17 性能測(cè)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(lèi)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(huì)引起生產(chǎn)力的大幅度提高和生產(chǎn)工具的革新。 Al3Nb金屬間化合物具有低密度、高模量、高熔點(diǎn)、以及好的循環(huán)使用性能等優(yōu)點(diǎn)，如果應(yīng)用于鋁基復(fù)合材料將會(huì)產(chǎn)生廣泛的應(yīng)用前景 。金屬鈮熔點(diǎn)較高、延展性和導(dǎo)熱性優(yōu)良 ,屬于難熔金屬 (密度為 g／ cm3)且密度較低 。 Nb2Al合金很少作為結(jié)構(gòu)材料來(lái)使用，單相 Nb2AI相當(dāng)脆．且韌脆轉(zhuǎn)折溫度 (BDTT)也高于 l150℃ 。 正是 復(fù)合材料各組分之間取長(zhǎng)補(bǔ)短、協(xié)同作用 的優(yōu)點(diǎn) 彌補(bǔ)了單相材料的缺點(diǎn)，改進(jìn)了單相材料的性能，甚至可產(chǎn)生單一材料所不具有的新性能。 金屬基復(fù)合材料的分類(lèi)和基本性能 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)材料的要求越來(lái)越高。除此之外， 還可以按用途和制備工藝來(lái)分類(lèi)，按用途可分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料；按制備工藝可分為外加增強(qiáng)相復(fù)合材料和原位自生復(fù)合材料。金屬基復(fù)合材料中金屬基體占有很高的體積分?jǐn)?shù)，一般在 60％以上，因此仍保持金屬所特有的良好導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性。復(fù)合材料的高耐磨性在汽車(chē)、機(jī)械工業(yè)中有重要的應(yīng)用前景，可用于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、剎車(chē)盤(pán)、活塞等重要零件，能明顯提高零件的性能和壽命。其中包括粉末冶金法、固態(tài)熱壓法、熱等靜壓法、軋制法、熱擠壓法、熱拉拔法和爆炸焊接法等。目前應(yīng)用最廣的是原位自生法，因?yàn)楣虘B(tài)法和液態(tài)法都是采用外加增強(qiáng)體的方法，其中增強(qiáng)體和金屬基體材料在高溫時(shí)將不同程度地發(fā)生界面反應(yīng)和氧化反應(yīng)等有害的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生界面脆性相。直到 80年代中后期，當(dāng)美國(guó) Lanxide公司和 Drexel大學(xué)的M． J． Koczak等人先后報(bào)道了各自研制的原位 A1203／ Al和 TiC／ Al復(fù)合材料及其相應(yīng)的制各工藝后，才正式在世界范圍內(nèi)拉開(kāi)了原位 MMCS研究工作的序幕。該復(fù)合工藝的特點(diǎn)是成本較低，反應(yīng)材料種類(lèi)較多，復(fù)合后的材料組織細(xì)密。因?yàn)樗哂懈邚?qiáng)度、延伸率好，而且具有生產(chǎn)設(shè)備廉價(jià)，工藝簡(jiǎn)單，節(jié)能高效，產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)勢(shì)，所以越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外材料工作者的關(guān)注。由于顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料可以使用目前已知的金屬做基體，因而其具有性能的可控制性，所以目前已逐漸引起人們的關(guān)注。對(duì) PRMMC的磨損性能研究表明，磨損抗力隨著增強(qiáng)內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 8 顆粒體積分?jǐn)?shù)的增加可以顯著增加，且顆粒尺寸越大，其耐磨性越好。美國(guó) DwA特種復(fù)合材料公司用 (SiCp)25％增強(qiáng) 6061鋁合金基復(fù)合材料代替 7075鋁合金生產(chǎn)宇航結(jié)構(gòu)導(dǎo)槽、角材，其密度下降了 17％，用 Al357合金 +(SiC)20％可以制造坦克火力控制鏡的基片和導(dǎo)彈機(jī)翼。對(duì)于單相增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，日本豐田公司在1983年首次成功地用 A12O3／ A1基復(fù)合材料制備了發(fā)動(dòng)機(jī)活塞，與原來(lái)鑄鐵發(fā)動(dòng)機(jī)活塞相比，質(zhì)量減輕了 5％～ 10％，導(dǎo)熱系數(shù)提高了 4倍左右。從而通過(guò) 顯微組織的關(guān)系對(duì) Al3Nb顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的力學(xué)性能進(jìn)行分析 。金屬間化合物與鋁基體的熱膨脹系數(shù)相近，相對(duì)陶瓷而言，有小的脆性。 主要技術(shù)指標(biāo)： 軸向試驗(yàn)力工作范圍 10100N 試驗(yàn)力示值相對(duì)誤差 177。電子束熔煉、真空或氬電弧熔煉、等離子電弧熔煉是熔鑄 NbAl 合金的常用方法。 設(shè)置變量熔鑄溫度 750℃ 、 800℃ 、850℃ 、 900℃ 制備復(fù)合材料，反應(yīng)物選擇 10%的 Nb（占鋁的百分含量），且加入冰晶石 (六氟鋁酸鈉 Na3AlF6)與 Nb 比為 1:4，投入到坩堝中，攪拌 10 分鐘，使它們充分反應(yīng)，保溫 40 分鐘，再充分的攪拌，澆入預(yù)熱鋼質(zhì)模具中， 等到澆鑄后的試件冷卻后將其從模具中取出。在拋光機(jī)的拋盤(pán)上裝上粗拋光布，將裝水的礦泉水瓶中加入拋光粉，使其均勻混合。腐蝕原理是 由于晶界上原子排列不規(guī)則，具有較高自由能，所以晶界易受腐蝕而呈凹溝，使組織顯示出來(lái)，在顯微鏡下可以看到多邊形的晶粒。本組實(shí)驗(yàn)使用 奧林巴斯倒置式系統(tǒng)金相顯微鏡（日本 GX51F 金相顯微鏡） ，將試樣分別在 100,200,500 和 1000 倍下進(jìn)行觀察。 800℃ 組織 ,有少量 Al3Nb顆粒增強(qiáng)體 生成 分布于鋁 基 中，其含量較少且分布較為均勻， Al3Nb顆粒增強(qiáng)體成團(tuán)球狀分布于鋁基中。 2．硬度測(cè)試 硬度測(cè)試在 維氏硬度計(jì) ,500g壓力 下 進(jìn)行，試樣經(jīng)過(guò)磨制拋光，測(cè) 5個(gè)點(diǎn)，取平均值。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 23 參考文獻(xiàn) [1]陳國(guó)良．金屬問(wèn)化合物結(jié)構(gòu)材料研究現(xiàn)狀與發(fā)展 [J]．材料導(dǎo)報(bào)， 20xx， 14（ 9）： 15CHEN Guoliang ． Ramp。 各位老師、同學(xué)和朋友積極的幫助我查資料和提供有利于 科研訓(xùn)練 論文寫(xiě)作的建議和意見(jiàn)，在他們的幫助下， 科研訓(xùn)練 論文得以不斷的完善，最終幫助我完整的寫(xiě)完了整個(gè)論文 ！ 最后祝大家身體健康、萬(wàn)事如意 ! 。 2) 對(duì) 耐摩擦 磨損的影響： 磨損抗力隨著增強(qiáng)顆粒體積分?jǐn)?shù)的增加可以顯著增加，且顆粒尺寸越大，其耐磨性越好。 3. 在熔鑄溫度為 850℃， Al3Nb顆粒增強(qiáng)體 生成 分布于鋁 基 中，對(duì)其抗磨損的程度最好。而沒(méi)有反應(yīng)的 Nb是沉積于熔體底部。 定要佩戴橡膠手套以防灼傷皮膚。 3. 金相腐蝕 本組試件所用腐蝕劑是體積分?jǐn)?shù)為 %的 HF，腐蝕過(guò)程屬于化學(xué)腐蝕。每更換一次砂紙都要將試件表面清洗干凈，防止上一次粗砂紙的砂粒殘留于細(xì)砂紙上在磨制時(shí)形成不必要的劃痕。將二號(hào)電阻爐升溫至 200℃ 將金屬型模具放入其內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱處理。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 14 功能：可在不同的放大倍數(shù)下觀察金相組織 ，拍攝圖像，其倒置載物臺(tái)放寬了對(duì)樣品的形狀要求，不用考慮物體非觀察面的平整和高低情況，用于觀察較厚的和較大的金屬材料等的載面，同時(shí)利用系統(tǒng)轉(zhuǎn)換可以分析樣品的金相組織，如晶粒度的評(píng)級(jí)，第二相的面積測(cè)量，層深長(zhǎng)度測(cè)量等。 維氏硬度計(jì)（上海 HVS320） 組成：工作臺(tái)升降系統(tǒng)，載物塔臺(tái)轉(zhuǎn)換與全自動(dòng)加荷機(jī)構(gòu)，圖像顯示系統(tǒng)。 （試樣總質(zhì)量為 100g） 表 21 試驗(yàn)用工業(yè)純鋁的化學(xué)成分表， wt% Al Fe Si Cu Ca 其他 增強(qiáng)相選擇 在過(guò)去幾十年，大量的研究者都集中在陶瓷增強(qiáng) 鋁基復(fù)合材料的研究中。采用硬度計(jì)測(cè) 試不同熔鑄溫度的硬度 力學(xué)性能 。 近年來(lái)，原位合成顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料因其一方面具有高的比強(qiáng)度，比剛度，低的熱膨脹系數(shù)，耐磨損，成本低等優(yōu)點(diǎn)，另一方面由于其增強(qiáng)體在熔體內(nèi) 反應(yīng)生成，具有尺寸小，界面潔凈無(wú)污染，熱穩(wěn)定性好，且與基體界面相容性好等特點(diǎn)，在航空，航天以及兵器和車(chē)輛等領(lǐng)域中，獲得了迅速的發(fā)展，是一種理想的新型結(jié)構(gòu)材料，以成為鋁基復(fù)合材料研究中的一個(gè)重要的研究方向。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 9 顆粒增強(qiáng)鋁基原位復(fù)合材料的應(yīng)用 在航空航天方面， Al356和 Al357／ SiC顆粒增強(qiáng)鋁基原位復(fù)合材料可制造飛機(jī)液壓管，直升飛機(jī)支架和閥體。材料的拉伸性能則受增強(qiáng)顆粒的尺寸、分布及體積分?jǐn)?shù)等多種因素的影響。這種復(fù)合材料的增強(qiáng)體是主要的承載者 ，基體的作用在于傳遞載荷和便于加工。屬于此方法的復(fù)合工藝有自蔓延高溫合成法 (SHS)、 XDTM法、接觸反應(yīng) 法、混合鹽反應(yīng)法和機(jī)械合金化 (MA)法等。 (1)固 液反應(yīng)法，固 液反應(yīng)法是目前研究較廣的一種復(fù)合工藝。因?yàn)樵簧傻脑鰪?qiáng)體與金屬基體界面結(jié)合良好，生成相的熱力學(xué)穩(wěn)定性好，不存在基體與增強(qiáng)體之間的潤(rùn)濕和界面反應(yīng)等問(wèn)題。 ③ 其他方法。 金屬基復(fù)合材料的制備方法 20世紀(jì) 70年代以來(lái)，金屬基復(fù)合材料制造方法日趨成熟，主要可以分為三大類(lèi)[10]:① 固態(tài)法。在金屬基體中加入了大量的陶瓷增強(qiáng)體，特別是細(xì)小的陶瓷顆粒。用高比強(qiáng)度、比模量復(fù)合材料制 成的構(gòu)件質(zhì)量輕、剛性好、強(qiáng)度高，是航空航天領(lǐng)域理想的結(jié)構(gòu)材料。因此，對(duì)這種材料既可以按基體來(lái)分類(lèi)，又可以按增強(qiáng)體來(lái)分類(lèi)： 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(fù)合材料。復(fù)合材料的性能主要取決于：① 基體的性能； ② 增強(qiáng)材料的性能； ③ 基體與增強(qiáng)材料之間的界面性能。顯然 ，傳統(tǒng)的單相材料不能滿足實(shí)際的需求。目前研究較多的 Nb— Al系金屬間化合物主要是 Nb3A1和NbAl3。隨著航空、航天、能源及汽車(chē)工業(yè)隨之發(fā)展，人類(lèi)對(duì)材料性能的要求愈來(lái)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(diǎn)高、高溫性能優(yōu)越、化學(xué)穩(wěn)定性良好等特點(diǎn)，在航空、艦艇和航天器及火箭發(fā)動(dòng)機(jī) ,工業(yè)用燃?xì)廨啓C(jī)的高溫部件、核反應(yīng)堆、石油化工設(shè)備等領(lǐng)域應(yīng)用具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。 本科畢業(yè)論文 題 目 : 熔鑄溫度對(duì) Al3Nb/鋁基復(fù)合材料硬度及摩擦磨損性能影響的研究 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 摘 要 尖端科學(xué)技術(shù)在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展可謂是突飛猛進(jìn)，人們對(duì)材料的性能要求越來(lái)越高，在許多方面，例如在設(shè)計(jì)導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、飛機(jī)的承載構(gòu)件時(shí)，理想的結(jié)構(gòu)材料應(yīng)具有重量輕、強(qiáng)度和模量高的特點(diǎn)，即比強(qiáng)度和比模量要高。從某種意義來(lái)說(shuō)， 人類(lèi)的文明史也可以是材料的進(jìn)步史。通常要采用合金化或延性相增韌來(lái)避免其室溫脆性，通過(guò)合金化和金屬陶瓷復(fù)合這樣的工藝改善其抗氧