sicp-7075 材料的制备及磨损性的研究

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1、SiCp/7075材料的制备及磨损性的研究第1章绪论1.1选题意义铝是19世纪以来，随工业革命而不断发展进步的重要元素之一。经过长时间的发展，铝以及铝合金已经成为了国民经济和人们日常生活必不可少的基础材料。随着经济发展，科技进步，对材料性能的要求也越来越高，普通的铝及铝合金的性能不可能满足工业日益增长的对于性能的苛刻要求。因而铝基复合材料就应运而生了[1]。铝基复合材料具备以下几个特点：1)密度相对较低；2)基体可选范围大；3)制备工艺多种多样；4)热处理后性能提高幅度大等等。欧美国家对铝基复合材料的研究起步较早，现今汽车工业中，制动盘、活塞、齿轮箱、刹车垫片、连杆

2、等零部件已普遍应用；航空航天领域中，大型结构件、起落架等都可以应用铝基复合材料使其整体质量减轻。复合材料由两个部分构成，基体以及增强体。铝及铝合金的种类繁多，各类增强体的性质也是千差万别，所以组合而成的复合材料的性能也很让人期待。如何科学地选择基体和增强体，关系到是否能成功制备材料以及能否达到复合材料预定的性能。工业生产中大量使用变形铝合金。这一类合金是经过冲压、弯曲、轧、挤压等工艺促使组织、形状发生变化。其中，Al-Zn-Mg-Cu系的超高强铝合金加工性能好，可热处理强化，尤其广泛地应用于飞机制造业。应用于复合材料中，预期会产生良好效果。应用于复合材料中的增强体分

3、为纤维（分连续纤维和短纤维两种）、晶须以及颗粒三种形式[2,3]。三者之中以颗粒增强的复合材料发展最为成熟，这主要是由于颗粒增强复合材料的造价低廉，工艺简单，适合规模生产。而研究比较深入的增强体是SiC颗粒。本实验将利用外加SiC颗粒增强铝基复合材料，并对制备出的材料进行近一步的处理，以期望提高复合材料的硬度以及耐磨性，使材料在适当的领域发挥更大的作用。..1.2颗粒增强铝基复合材料简述反应合成技术[4,5]是一种较为理想的复合方法，又称原位反应法，其基本思路是通过特定的条件，在金属基体内部经过化学反应，使元素之间、化合物之间以及元素与化合物之间生成一种或多种稳定的

4、增强相。由于增强相依赖于金属基体，并在其中自发反应生长，所以生成陶瓷颗粒的可能性较大，且弹性模量和硬度较高。反应合成技术有如下特点：1)因增强相在金属基体中原位自发形核并长大，不存在其它方法中的增强体的预处理及相容性等问题，生产成本必然大大降低；2)原位生成的增强体表面无污染，基体与增强体会很好地结合在一起，由此复合材料热力学性能稳定；3)长久受困扰的润湿性问题也不复存在，原位生成细小的颗粒均匀地散布于基体之中，其中也没有多余的有害物质。故而应用此方法制备出的复合材料综合性能好且工艺简单，可应用于大批量产业化生产。反应合成法按反应物的状态可分为：气-液反应法；固-液

5、反应法；固-固反应法三大类。目前，固-固法发展最快，已研发了自蔓延高温合成法；放热弥散法；混合盐反应法；接触反应法以及机械合金化法等技术。.第2章实验方案2.1实验材料本实验所制备和研究的SiCp/7075复合材料，其主要成分是Al-Zn-Mg-Cu-C-Si。实验中所用的7075合金的化学成分见表2.1。复合材料制备及检测所需的其它原材料和各种试剂的化学成分见表2.2。挤压铸造（即液态模锻）是利用TDY33-200A型液态模锻液压机完成的，实验所用挤压模具如图2.4所示。本实验的挤压铸造制备工艺为：首先，将挤压磨具用汽油喷灯烘烤出一层黑炭，作为挤压润滑剂，再将模具

6、预热至350℃，保压30s，而复合材料经上述过程制备完成后，直接将搅拌后高温未凝固的熔体浇入模具中，利用挤压机，挤压铸造成形，挤压比压为255Mpa，得到挤压后的复合材料。.2.2实验前的准备要使SiC颗粒均匀地分布在基体之中，就必须具备良好的润湿性，而市售的SiC是由机械粉碎而成的粉末，其中夹杂了水分、气体以及其它杂质。一般采用高温焙烧的方式来去除这些杂质[46,47]。本实验采用的SiC为粒度L-100型销盘式磨损机来研究材料的磨损行为。研究对象分别是7075合金，SiCp/7075复合材料，挤压铸造后的SiCp/7075复合材料，T6热处理后的7075合金，T

7、6热处理后的SiCp/7075复合材料，挤压铸造+T6处理后的SiCp/7075复合材料。通过线切割得到尺寸为4mm4mm12mm的实验试样。实验设定两个变量：所受载荷和砂纸的磨粒粒度。实验参数如表5.1所示。结论(1)工艺参数会对复合材料的组织形貌和性能产生很大的影响，搅拌速度，搅拌温度和搅拌时间是利用机械搅拌法制备复合材料的重要参数。通过实验得出在500r/min，750℃，30min工艺参数下，采用自制搅拌装置制备出的复合材料，SiC颗粒分布较为均匀，气孔及氧化缺陷极少，显微组织最好。(2)铸态下的复合材料第二相比7075合金铸态显微组织的第二相更细小，这