Al-Ni梯度復(fù)合材料的層間調(diào)控及組織性能研究.pdf

1、學(xué)校代碼：10406分類號(hào)：TB331學(xué)號(hào)：150308050305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）AlNi梯度復(fù)合材料的層間調(diào)控及梯度復(fù)合材料的層間調(diào)控及組織性能研究組織性能研究作者：黃碩文指導(dǎo)教師：黃春平副教授申請(qǐng)學(xué)位類別：碩士學(xué)科專業(yè)：材料加工工程所在單位：航空制造工程學(xué)院答辯日期：2018年6月授予學(xué)位單位：南昌航空大學(xué)I摘要本文在前期攪拌摩擦加工原位合成IMCAl成形工藝和組織調(diào)控研究的基礎(chǔ)上，以FSAM制備

2、AlNi梯度復(fù)合材料為目的，通過改變攪拌針端部形狀的方式對(duì)梯度復(fù)合材料成形及其層間組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)控，并建立了相關(guān)的物理模型。此外，把握了AlNi梯度復(fù)合材料的組織演化及性能變化規(guī)律。研究結(jié)果表明，針端部帶漸開線的形狀能顯著提高攪拌針額外的剪切力和摩擦力；端部帶內(nèi)凹形狀的攪拌針主要增大了金屬向下的驅(qū)動(dòng)力。平面形、漸開線形、內(nèi)凹漸開線形的攪拌針端部形狀對(duì)梯度復(fù)合區(qū)塑性金屬流動(dòng)的調(diào)控方式可分為：擠壓流動(dòng)、輻射擴(kuò)散流動(dòng)、輻射擠壓流。攪拌針端部

3、處的塑性金屬遷移方式可分為慣性脫離遷移、摩擦擠壓遷移、擠壓輻射繞流遷移等方式。針端部形狀為漸開線時(shí)，制備的AlNi梯度復(fù)合材料為準(zhǔn)梯度材料。相同增強(qiáng)相含量組成的復(fù)合區(qū)具有一定的寬度，只有在相鄰層間存在濃度梯度，且相鄰層的重疊區(qū)域的增強(qiáng)體含量介于兩層含量之間，從而起到了銜接和過渡的作用。AlNi梯度復(fù)合材料底部梯度層復(fù)合區(qū)中心硬度值可達(dá)157HV，且前進(jìn)邊硬度比返回邊高；中心梯度層的復(fù)合區(qū)硬度值比其他層次低，平均值約為109HV；頂層的復(fù)

4、合區(qū)中心區(qū)及其附近的顯微硬度約為124HV，且低于其兩側(cè)；各梯度層有效復(fù)合區(qū)兩側(cè)硬度隨層次的增加而增加。制備的AlNi梯度復(fù)合材料各梯度層的抗拉強(qiáng)度、摩擦系數(shù)和磨損率呈現(xiàn)準(zhǔn)梯度變化。底層、中心層、頂層對(duì)應(yīng)的抗拉強(qiáng)度與原始復(fù)合材料相比較分別提高了8.0%、9.2%、10.9%；梯度復(fù)合材料整體的抗拉強(qiáng)度為310MPa，相當(dāng)于2024T4態(tài)鋁合金母材抗拉強(qiáng)度的62.5%，延伸率比母材約提高了12.6%。AlNi梯度復(fù)合材料磨損機(jī)理主要是磨粒

5、磨損。各梯度層界面膜均存在較完整的潤(rùn)滑膜，犁溝平行整齊，凹坑量少且存在大量的塑性變形。隨增強(qiáng)相含量增多，潤(rùn)滑膜和磨屑出現(xiàn)的裂紋數(shù)量增加，潤(rùn)滑膜變得疏松，梯度層氧化程度加重，且磨屑為致密堆疊的層狀結(jié)構(gòu)。此外，原始復(fù)合材料和梯度層的摩擦系數(shù)與磨損率呈準(zhǔn)梯度下降，且同一體積分?jǐn)?shù)下，梯度層比對(duì)應(yīng)的原始復(fù)合材料磨損率?。坏讓?、中心層、頂層磨損率分別約為母材摩損率的93%、85%、80%。關(guān)鍵詞：攪拌摩擦增材制造，攪拌針端部形狀，層間調(diào)控，組織，性