泡沫镍增强铝基复合材料制备及其压缩性能的研究

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1、PreparationandcompressivepropertiesofnickelfoamreinforcedaluminiummatrixcompositeADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterOnMaterialsEngineeringbyXieBaoyuanUndertheSupervisionofProf.YaoJunpingSchoolofAeronauticalManufacturingEngineeringNanchangHangkongUniversity,Nanchang,ChinaJune,2012Ⅰ南昌

2、航空大学摘要摘要本文以提高铝基复合材料压缩性能为目标，设计了一种以泡沫镍（三维网络结构）为增强相的铝基复合材料。与传统颗粒或纤维等增强体相比，泡沫镍与基体在复合材料中形成各自的三维连续网络结构并且相互贯穿，相互渗透，使其具有特殊的物理、化学性能和机械性能。采用真空吸铸法成功制备了泡沫镍增强ZL102复合材料，并研究了其在室温条件下的压缩性能。运用正交试验的极差和线性回归法进行分析，研究了不同泡沫镍的孔隙度、预热温度、吸铸负压和吸铸时间对复合材料压缩性能的影响，建立了屈服强度和压缩变形率与制备工艺因素之间的关系。采用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射

3、线衍射(XRD)等方法研究了复合材料界面结构以及分析了等温热处理后复合材料界面层相组成。结果表明：复合材料的压缩性能远优于基体合金。复合材料屈服强度随泡沫镍孔隙度增大而减小；随泡沫镍预热温度和吸铸负压增大，复合材料屈服强度先增大后减小；复合材料屈服强度随吸铸时间增大而增大。得出最佳工艺参数：泡沫镍孔隙度为15PPI；泡沫镍预热温度为250℃；吸铸负压为0.07MPa；吸铸时间为2s。当等温热处理温度为300℃，在复合材料界面处发现颗粒状的金属间化合物，随温度地升高，过渡层逐渐变厚，分析表明所生成的金属间化合物主要为NiAl3和Ni2Al3。当界面层厚度在4~6μm时，复合材

4、料结合强度得到有效地提高了。但厚度随温度升高而变大时，复合材料在压缩过程中出现脆性断裂的几率增大。得到最佳等温热处理工艺为：等温热处理温度为400℃，热处理时间为20h。关键词：泡沫镍（三维网络结构），压缩性能，正交试验，金属间化合物Ⅰ南昌航空大学AbstractAbstractThispaperistoimprovethecompressionperformanceofaluminummatrixcomposites,anddesignakindofaluminummatrixcompositeisreinforcedbynickelfoam(three-dimensio

5、nalnetworkstructure).Comparedwiththetraditionalreinforcementlikeparticleandfiber,nickelfoamandmatrixinthecompositeformtheirowncontinuousthree-dimensionalnetworkstructure,theyaremutualthroughoutandmutualpenetration,sothatthecompositematerialsexhibitaspecialphysicalandchemicalpropertiesandme

6、chanicalproperties.ThispaperintroducethatnickelfoamreinforcedZL102compositeisfabricatedbyvacuumsuctioncastingandstudiesthecompressionperformanceofthiscompositeatroomtemperature.Usingtherangeoforthogonalexperimentmethodandthelinearregressionmethodanalysis,studytheinfluenceonthecompressivepr

7、opertiesofcompositematerialsindifferentporosityandpreheatingtemperatureofnickelfoam,thevacuumandthetimeofvacuumsuctioncasting,andestablishtherelationshipbetweenthepreparationprocessfactorsandtheyieldstrengthanddeformationofcompression.Tofurtherstudytheinfluenc