高体分粉煤灰颗粒增强铝基复合材料制备及性能研究

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1、高体分粉煤灰颗粒增强铝基复合材料制备及性能研究第一章绪论1.1引言随着科学技术的不断进步和企业间的竞争不断加强，企业和市场对于新材料的需求也大大加强，新材料的研发已经成为推动生产力前进的重要力量。研发具有高强度和高耐磨性的材料已经成为国内外材料领域的热点问题。颗粒增强的铝合金复合材料除密度低、强度高、刚度高外，其耐摩擦磨损和耐高温性也较好。所以这种材料不仅可以在一般材料所不能承受的压力、温度和腐蚀等恶劣的工作条件下不被损坏而继续工作，而且其强度、抵抗疲劳破坏等性能都比传统的铝合金等材料高。正是因为如此，颗粒增强的铝合金复合材料的研究越来越热门，

2、目前在机械、航天等领域引起了的人们极大的兴趣[1-3]。现在，在颗粒增强复合材料的研究领域中主要研究项目集中在颗粒形貌不规则的SiC、A12O3、SiO2等颗粒作为分散增强相。虽然随着增强体颗粒添加后，相比作为连续相的基体而言材料的强度、耐磨损性能会得到显著地提高，但是由于其颗粒的形状不规则，不可避免存在锐角，就可能在材料中产生应力集中的现象，从而影响材料性能。由于在制备过程中复合材料相比于基体材料而言较为复杂，这样就使得复合材料的成本比基体材料的费用高出数十倍，从而进一步的限制了采用这种增强相来制备的复合材料的使用范围。复合材料，是以一种材料

3、作为基体，另一种或几种材料作为增强体，通过技术手段实现复合，制备出即保留了基体材料的基本功能，又能获得原来各组分所不具备的附加性能或增强功能的新材料。复合材料中各组分之间产生协同效应，互相取长补短以获得更好的性能，使得新材料的综合性能优于原来任何组分单独具备的性能，从而可以满足更多不同的需求。在现代工业当中，复合材料通常是指通过一定的制备工艺设计将较低模量、韧性良好的基体材料和高模量、高强度、脆性的增强相经过一系列的工艺过程进行复合，不仅使二者的性能彼此互补，并且还使二者结合紧密，最后得到各方面性能良好的新材料[4]。.......1.2粉煤灰

4、颗粒增强铝基复合材料研究现状目前国内外研究的粉煤灰颗粒增强铝基复合材料的还属于尚未成熟阶段，目前国内外普遍采用粉末冶金法、搅拌铸造法、喷射沉积法和挤压铸造法来制备颗粒增强铝合金复合材料。并且对制备出的复合材料进行组织结构、力学性能、摩擦磨损性能、润湿性等多方面的研究，力求进一步认识这一新鲜课题。Shen[11]等对粉煤灰回收再利用进行了预测分析，同时针对粉煤灰对铝合金材料性能的影响进行了实验分析研究。Rohatgi[12]等人对铸态的粉煤灰空心微珠颗粒增强铝基复合材料的拉伸性能进行了实验研究。结果表明，在室温条件下，体积分数为8%的粉煤灰空心微

5、珠颗粒增强铝基复合材料的拉伸强度与基体相差不大并且略低一点；在高温条件下，拉伸性能随着粉煤灰空心微珠体积分数的增加呈现缓慢降低的趋势。罗洪峰[13]等人采用悬浮铸造法制备了粉煤灰漂珠颗粒增强铝基复合材料，并且进一步对其组织性能进行了研究。研究结果表明：当实验条件为粉煤灰体积分数5%，铝液加热温度800℃，悬浮剂加入量3%时，得到了硬度和耐磨性能较高的复合材料。但是悬浮铸造法有着其致命的缺陷：（1）制备过程中必需要添加悬浮剂，而悬浮剂的加入会导致铝液的冷却速度加快，使反应不完全；（2）悬浮剂呈尖角形状，添加到材料中还会使复合材料产生应力集中现象；

6、（3）悬浮剂的加入不可避免会带入一部分杂质，造成复合材料性能的下降。因此，还需要继续探索复合材料的制备方法来完善对其的研究。..........第二章实验方法2.1引言在颗粒增强的铝合金复合材料的制备工艺过程中，其基体材料和增强相的选则多种多样。不同原材料的选择，最后得到复合材料的物理性能和化学性能是千差万别的，另外不同工艺参数的设定最后所得材料的性能也不尽相同。并且有时选用的基体材料会和增强体材料发生反应，相互影响各自性能的发挥，所以要综合各方面因素来考虑基体材料、增强体材料和制备工艺的选择。.......2.2实验材料基体材料是制得复合材料

7、的重要组成部分，对复合材料的性能起着重要的作用，颗粒增强的金属基复合材料，根据不同的性能要求，其基体含量可以为20%～88%，多颗粒增强的复合材料基体占80%以上。基体在材料中除了起着保证最后所得复合材料有一定的形状外，还起到可以使材料进行一定的工艺加工的作用；与复合材料的强度、耐摩性、耐热性等性能有着很大的联系；同时基体不但可以团结增强相，而且还能传递、承受载荷。选择基体材料的原则[60]：（1）基体材料和增强体材料的润湿性是否良好；（2）二者会不会发生化学反应，是否有利于形成合适的、稳定的组织界面；（3）所选基体材料除生产制造成本低外，其他

8、各项性能是否良好；（4）根据复合材料的实际运用情况，是要求耐高温、耐磨损还是耐腐蚀等方面来考虑基体材料的选用。本实验考虑到复合材料对耐磨性与力学性能的