非金属纤维增强Al3Ti基复合材料的制备与性能

《非金属纤维增强Al3Ti基复合材料的制备与性能》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文非金属纤维增强Ａｌ３Ｔｉ基复合材料的制备与性能硕士研究生：李肖指导教师：丁明惠副教授、，学科专业：化学工程与技术论文主审人：赵成志教授哈尔滨工程大学２０１８年３月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文非金属纤维增强Al3Ti基复合材料的制备与性能硕士研究生：李肖指导教师：丁明惠副教授学位级别：工学硕士工程领域：化学工程与技术所在单位：材料科学与化学工程学院论文提交日期：2018年01月论文答辩日期：2018年03月学位授予单位：哈尔滨工程大学Class

2、ifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngPreparationandPropertiesofNon-metallicFiberReinforcedAl3TiMatrixCompositeCandidate:LiXiaoSupervisor:A/Prof.DingMinghuiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ChemicalEngineeringandTechnologyDateofSubmission:Jan.2

3、018DateofOralExamination:Mar.2018University:HarbinEngineeringUniversity非金属纤维增强Al3Ti基复合材料的制备与性能摘要钛铝系金属间化合物在最近受到了人们的广泛关注，这是因为钛铝系金属间化合物的密度很低，比强度很高，并且在高温下的抗氧化性能良好，是非常理想的航空材料。Ti-A1系金属间化合物中的A13Ti，高温条件下的抗氧化性和强度很好，其密度为3.36g3，熔点为1613K，是非常理想的高温结构材料。所以为了利用A1/cm3Ti上述的这些优点，同时克服Ti-Al系金属间化

4、合物室温脆性高而难以实现实际应用的这一致命缺点，考虑将性能优异的非金属碳纤维做为增强相引入到A13Ti基体中来改善A13Ti的性能，制备以A13Ti作为基体，非金属碳纤维作为增强相的复合材料。因为碳纤维表面惰性比较大，表面能比较低，缺乏有效的化学活性官能团，所以碳纤维与基体的润湿性比较差。考虑将碳纤维表面进行改性后，再将碳纤维引入到A13Ti基体中，这样能够提高碳纤维和A13Ti基体之间的界面润湿性。在本文中探索了化学镀镍和电镀镍的方法，并对碳纤维增强复合材料的制备工艺进行研究，对复合材料的微结构进行分析表征。在碳纤维表面化学镀镍步骤中，首先探

5、索出了有效的无钯活化液配方，即用硼氢化钠7g，乙酸镍8g，甲醇100ml配制成的活化液可以对碳纤维表面进行有效的活化；同时探索出的化学镀的最佳水浴温度为60℃，最佳时间为30min；在SEM下观察化学镀镍后镀层的微观形貌，碳纤维表面的镀层呈现出高低凹凸不平的“胞状”结构，EDS分析，镀层为Ni-P的合金颗粒。在碳纤维表面电镀镍的过程中，利用正交实验的方法探索出来的最佳电镀镍工艺为，电压取3V，硼酸浓度取40g/l，时间取5min，温度取30℃或者是35℃；在SEM下观察电镀的微观形貌为平直的界面，EDS分析结果为，镀层为镍的单质。在本文中，以T

6、i粉和Al粉为原材料，混合球磨以后热压烧结，首先制备纯的A13Ti基体；然后将3%vol.%表面未镀镍碳纤维引入到Ti粉和Al粉中制备A13Ti基复合材料；制备3%vol.%、5%vol.%、7%vol.%、9%vol.%表面镀镍碳纤维增强的A13Ti基复合材料。利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）等测试方法对制备出来的复合材料的相组成、微观结构、元素扩散反应过程进行分析表征。实验结果表明：在碳纤维表面不镀镍的情况下，碳纤维和基体的界面处存在着C元素和Al元素的相互扩散，Al元素向碳纤维中有着2μm的扩散距离，

7、而Ti元素向碳纤维中没有扩散，同时，C元素向Al3Ti基体中有着1.5μm的扩散距离。在碳纤维表面有镀层的情况下，基体中有新的Al3Ni相生成，并且随着碳纤维体积分数的增多，基体中出现孔洞的几率变大。哈尔滨工程大学硕士学位论文利用阿基米德原理和显微硬度机对试样的密度和硬度进行测量，实验结果表明：所有试样的密度都低于Al3Ti理论密度，3%vol.%表面镀镍碳纤维加入基体时，材料的密度最大，并且，显微硬度的测量结果也显示，3%vol.%表面镀镍碳纤维加入基体时，材料的显微硬度值最大，达到了602HV。在准静态压缩性能测试中，纯Al3Ti基体的抗压

8、强度为1050MPa，断裂应变为1.9%，应力-应变曲线表现为典型的脆性断裂，断口表现出了穿晶断裂和沿晶断裂的混合型断裂。当3%vol.%表面未镀镍的