原位生成WAl12和Al2O3混杂增强铝基复合材料制备与性能研究

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为了满足航天领域对材料高比刚度、高比强度、防辐射的需要,本文以三氧化钨颗粒和纯铝为原料,采用粉末冶金方法分别制备了颗粒体积百分数为5%,10%和15%的(WAl12p+Al2O3p)/Al结构功能一体化铝基复合材料。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等分析测试手段研究了复合材料的微观组织结构。并且用万能电子拉伸试验机和硬度测试仪研究了复合材料的力学性能。计算了复合材料的辐射屏蔽性能。采用Gleeble-1500热模拟试验机研究了复合材料的高温压缩变形行为,通过建立流变方程和加工图对铝基复合材料的热加工性能进行表征。研究了复合材料热轧制变形行为。TEM和DSC分析结果表明,在复合材料制备过程中,WO3与Al发生化学反应,生成细小的WAl12和Al2O3颗粒。在(WAl12p+Al2O3p)/Al复合材料中,WAl12和Al2O3以团簇形式分布于Al基体中,这一化学反应提高了(WAl12p+Al2O3p)/Al复合材料的室温拉伸性能;辐射防护性能计算表明,WAl12颗粒的引入明显提高了复合材料的辐射屏蔽性能。复合材料的高温压缩研究结果表明,随着变形温度的升高和应变速率的降低,复合材料的流变应力降低。计算了复合材料的变形应力本构方程。体积含量10%的(WAl12p+Al2O3p)/Al铝基复合材料的加工图表明,该复合材料在实验范围内出现一个不稳定区域,位于低温高应变速率区,该区域为颗粒周围形成孔洞造成的;在温度为350~450℃、应变速率为0.001~0.01s-1压缩变形时,功率耗散效率最高,且与稳定区相对应;显微组织表明,在该区域颗粒与基体保持良好的界面结合,压缩过程中发生了动态再结晶,是体积含量10%的(WAl12p+Al2O3p)/Al复合材料的最佳加工区域。随着轧下量的增加,复合材料的致密度,抗拉强度,延伸率和硬度逐渐增加。可见材料轧制后仍然具有较好的力学性能,有利于制作板材。
摘要第3-4页
Abstract第4-5页
第1章 绪论第9-25页
    1.1 选题目的与意义第9-10页
    1.2 辐射防护材料研究进展第10-14页
        1.2.1 辐射防护材料的防护机理第10-12页
        1.2.2 辐射防护材料的分类及其研究状况第12-14页
    1.3 颗粒增强金属基复合材料第14-20页
        1.3.1 颗粒增强铝基复合材料的制造方法第15-19页
        1.3.2 颗粒增强铝基复合材料的强化机制第19-20页
    1.4 复合材料塑性成形研究进展第20-24页
        1.4.1 金属基复合材料的热压缩变形第21-23页
        1.4.2 金属基复合材料的热挤压变形第23页
        1.4.3 金属基复合材料的轧制变形第23-24页
    1.5 本文主要研究内容第24-25页
第2章 试验材料及试验方法第25-30页
    2.1 试验材料第25-26页
        2.1.1 基体材料第25页
        2.1.2 三氧化钨第25-26页
        2.1.3 复合材料第26页
    2.2 试验方法第26-30页
        2.2.1 差热扫描第26页
        2.2.2 扫描电子显微镜分析第26-27页
        2.2.3 透射电子显微镜分析第27页
        2.2.4 金相观察第27页
        2.2.5 高温压缩试验第27页
        2.2.6 X 射线衍射试验第27-28页
        2.2.7 密度测试第28页
        2.2.8 复合材料硬度测试第28-29页
        2.2.9 拉伸试验第29-30页
第3章 (WAl_(12) p + Al_2O_3p)/Al 混杂复合材料的制备及组织与性能第30-44页
    3.1 复合材料中W03 和Al 的反应热力学分析第30-31页
    3.2 最佳球磨工艺的研究第31-35页
        3.2.1 球磨时间对粉末的影响第31-33页
        3.2.2 球料比对粉末的影响第33-34页
        3.2.3 球磨转速对粉末的影响第34-35页
    3.3 Al-WO_3 粉末烧结温度研究第35-36页
    3.4 复合材料的防护性能设计第36-37页
    3.5 复合材料制备第37-43页
        3.5.1 制备复合材料工艺流程第37-38页
        3.5.2 真空热压烧结工艺第38-39页
        3.5.3 烧结态复合材料的显微组织第39-40页
        3.5.4 挤压态复合材料的显微组织第40-42页
        3.5.5 复合材料力学性能第42-43页
    3.6 本章小结第43-44页
第4章 复合材料的高温流变行为研究第44-62页
    4.1 10%(WAl_(12)p+Al_2O_3p)/Al 铝基复合材料的流变行为第44-50页
        4.1.1 10%(WAl_(12)p+Al_2O_3p)/Al 铝基复合材料应力-应变曲线分析第44-46页
        4.1.2 10%(WAl_(12)p+Al_2O_3p)/Al 铝基复合材料的流变应力方程第46-50页
    4.2 颗粒含量对流变应力的影响第50-51页
    4.3 加工图研究第51-58页
        4.3.1 加工图理论基础第51-54页
        4.3.2 失稳准则第54页
        4.3.3 Prasad 失稳判据第54-55页
        4.3.4 功率耗散图第55-57页
        4.3.5 体积含量10%(WAl_(12)p+Al_2O_3p)/Al 复合材料的加工图第57-58页
    4.4 显微组织观察第58-60页
    4.5 本章小结第60-62页
第5章 混杂增强铝基复合材料的热轧制变形第62-69页
    5.1 引言第62-63页
    5.2 不同轧下量的复合材料形貌第63-64页
        5.2.1 不同轧下量的复合材料宏观形貌第63页
        5.2.2 不同轧下量的复合材料微观形貌第63-64页
    5.3 轧制变形对复合材料的致密度的影响第64-65页
    5.4 轧制变形对复合材料的硬度影响第65页
    5.5 轧制变形对复合材料抗拉强度的影响第65-67页
    5.6 轧制变形对复合材料屈服强度的影响第67-68页
    5.7 轧制变形对复合材料延伸率的影响第68页
    5.8 本章小结第68-69页
结论第69-70页
参考文献第70-76页
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果第76-78页
致谢第78页
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