Mg元素對連續(xù)Cf-Al復合材料微觀組織和力學性能的影響.pdf

1、學校代碼：10406 分類號：TB331 學號：100082503005 南昌航空大學 南昌航空大學 碩 士 學 位 論 文 （學位研究生） Mg 元素對連續(xù) 元素對連續(xù) Cf/Al 復合材料微觀 復合材料微觀組織和力學性能的影響 織和力學性能的影響 碩士研究生：孫左峰 導 師：余歡 教授 申請學位級別：碩 士 學科、專業(yè)：航空宇航制造 所在單

2、位：航空制造工程學院 答辯日期：2013 年 6 月 授予學位單位：南昌航空大學 I 摘 要 連續(xù)碳纖維增強鋁基(Cf/Al)復合材料憑借其高比模量、 高比強度、 抗蠕變性強和良好的尺寸穩(wěn)定性等優(yōu)異性能，在航空、航天領域中得到廣泛應用，已成為各國競相研究的戰(zhàn)略性結構材料之一。 現(xiàn)有的連續(xù) Cf/Al 復合材料制備方法普遍存在成形壓力大、效率低、難以實現(xiàn)復雜構件近凈成形等不足。而真空氣壓浸滲技術可將復合材料制備與構件成形有機結合起來，

3、是一種新型的 Cf/Al 復合材料高效近凈成形工藝。但在連續(xù) Cf/Al 復合材料浸滲過程中，由于 C-Al 之間的潤濕性差以及碳纖維與基體鋁合金之間界面反應嚴重，使得 Cf/Al 復合材料的力學性能較差。有研究表明基體合金化能有效地改善界面潤濕性、減少界面反應，是提高復合材料力學性能的有效手段。 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 復合材料，并重點研究了 Mg 含量對連續(xù) M40f/Al 復合材料微觀組織和力學性能的影響規(guī)律及作用機理。 此外還探討了纖維類型、熱處理等因素對復合材料微觀組織和力學性能的影響。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，改善了界面結合狀態(tài)。 添加 Mg 元素，提高了 Cf/Al 復合材料的致

5、密度。其中，M40f/Al 復合材料致密度隨 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，進而降低潤濕角，改善潤濕性，提高了復合材料的致密度。 碳纖維類型也對 Cf/Al 復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 復合材料的纖維分布均勻，沒有偏聚的現(xiàn)象，T300f/Al 復合材料中存在有孔洞和纖維偏聚現(xiàn)象，而 M40f/Al復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 復合材料的抗彎強度，并且抗彎強度隨著 Mg 含量的增加而逐漸提高。 在 M40f/Al 復合材料中， 當 Mg 含量由 0 增加到