Mg元素對(duì)連續(xù)Cf-Al復(fù)合材料微觀組織和力學(xué)性能的影響.pdf

1、學(xué)校代碼：10406 分類號(hào)：TB331 學(xué)號(hào)：100082503005 南昌航空大學(xué) 南昌航空大學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 （學(xué)位研究生） Mg 元素對(duì)連續(xù) 元素對(duì)連續(xù) Cf/Al 復(fù)合材料微觀 復(fù)合材料微觀組織和力學(xué)性能的影響 織和力學(xué)性能的影響 碩士研究生：孫左峰 導(dǎo) 師：余歡 教授 申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩 士 學(xué)科、專業(yè)：航空宇航制造 所在單

2、位：航空制造工程學(xué)院 答辯日期：2013 年 6 月 授予學(xué)位單位：南昌航空大學(xué) I 摘 要 連續(xù)碳纖維增強(qiáng)鋁基(Cf/Al)復(fù)合材料憑借其高比模量、 高比強(qiáng)度、 抗蠕變性強(qiáng)和良好的尺寸穩(wěn)定性等優(yōu)異性能，在航空、航天領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，已成為各國(guó)競(jìng)相研究的戰(zhàn)略性結(jié)構(gòu)材料之一。 現(xiàn)有的連續(xù) Cf/Al 復(fù)合材料制備方法普遍存在成形壓力大、效率低、難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜構(gòu)件近凈成形等不足。而真空氣壓浸滲技術(shù)可將復(fù)合材料制備與構(gòu)件成形有機(jī)結(jié)合起來，

3、是一種新型的 Cf/Al 復(fù)合材料高效近凈成形工藝。但在連續(xù) Cf/Al 復(fù)合材料浸滲過程中，由于 C-Al 之間的潤(rùn)濕性差以及碳纖維與基體鋁合金之間界面反應(yīng)嚴(yán)重，使得 Cf/Al 復(fù)合材料的力學(xué)性能較差。有研究表明基體合金化能有效地改善界面潤(rùn)濕性、減少界面反應(yīng)，是提高復(fù)合材料力學(xué)性能的有效手段。 基于此，本文通過添加元素鎂及改變鎂含量，采用真空氣壓浸滲法成功制備出 35Vol%連續(xù) T300f/Al、Ni-T300f/Al 和 M40

4、f /Al 復(fù)合材料，并重點(diǎn)研究了 Mg 含量對(duì)連續(xù) M40f/Al 復(fù)合材料微觀組織和力學(xué)性能的影響規(guī)律及作用機(jī)理。 此外還探討了纖維類型、熱處理等因素對(duì)復(fù)合材料微觀組織和力學(xué)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)：合金元素 Mg 能有效地改善連續(xù) Cf/Al 復(fù)合材料的微觀組織。隨著基體中 Mg含量的增加，界面脆性相 Al4C3 不斷減少，并逐漸被新相 β(Al3Mg2)所代替，改善了界面結(jié)合狀態(tài)。 添加 Mg 元素，提高了 Cf/Al 復(fù)合材料的致

5、密度。其中，M40f/Al 復(fù)合材料致密度隨 Mg 含量的提高，從 92.21%逐步提高到 95.84%。這是由于 Mg 元素的表面活性較高，表面張力比 Al 的表面張力小，導(dǎo)致鎂元素在界面上的大量富集，從而降低鋁鎂合金熔體的表面張力，進(jìn)而降低潤(rùn)濕角，改善潤(rùn)濕性，提高了復(fù)合材料的致密度。 碳纖維類型也對(duì) Cf/Al 復(fù)合材料的致密度有著明顯的影響。 在相同的制備工藝條件下，Ni-T300f/Al 純復(fù)合材料的致密度 96.98%最高，T

6、300f/Al 純94.32%次之，M40f/Al 純92.21%最低。其顯微組織顯示：Ni-T300f/Al 復(fù)合材料的纖維分布均勻，沒有偏聚的現(xiàn)象，T300f/Al 復(fù)合材料中存在有孔洞和纖維偏聚現(xiàn)象，而 M40f/Al復(fù)合材料則有少量的孔洞和纖維偏聚缺陷。 合金元素 Mg 顯著地提高了連續(xù) Cf/Al 復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度，并且抗彎強(qiáng)度隨著 Mg 含量的增加而逐漸提高。 在 M40f/Al 復(fù)合材料中， 當(dāng) Mg 含量由 0 增加到