《金属基体复合材料》PPT课件

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1、第六章金属基体复合材料2011.05.01目标与要求掌握常见的金属基体性能掌握金属基复合材料基体的选择原则掌握金属复合材料的性能掌握金属复合材料的制备方法掌握铝基复合材料的性能、制备了解铝基复合材料应用随着现代科学技术的飞速发展，人们对材科的要求越来越高。在结构材料方面，不但要求强度高，还要求其重量要轻，尤其是在航空航天领域。金属基复合材料正是为了满足上述要求而诞生的。金属基复合材料相对于传统金属材料，具有较高的比强度与比刚度；与树脂基复合材料相比，具有优良的导电性与耐热性；与陶瓷基材料相比，具有高韧性和高冲击性能。从复合材料的使用温度和比强度考虑

2、，聚合物基复合材料在室温附近具有优势，Al和Ti基等金属基复合材料在中温区域、金属间化合物材料在高温领域，而陶瓷基复合材料在更高温度具有优势。金属基复合材料中，最早源于1963美国国家航空和宇宙航行局成功研制出钨丝增强铜基复合材料，之后又有SiC/Al、Al2O3/Al复合材料的报道研究。1982年日本丰田公司率先报道Al2O3·SiO2/Al复合材料在汽车发动机活塞上应用，开创了金属基复合材料在民用产品的先例。近年来，功能金属基复合材料和纳米金属基复合材料成为了复合材料的研究热点。金属密度(g/cm3)熔点/℃比热容/(J/g/℃)热导率/[W/(

3、m∙℃)]热膨胀系数/(10-6/℃)抗拉强度/(N/mm2)弹性模量/(kN/mm2)Mg1.745701.07625.228040Al2.725800.9617123.431070Ti4.416500.5979.51170110Ni8.914400.466213.3760210Cu8.910800.3839117.63401206.1、常见的金属基体性能1、铝和铝合金铝面心立方点阵。第三周期第三主族元素，原子序数为13，原子核最外层电子有3个。密度2.72g/cm3，熔点660℃，导热和导电性能极好，化学性质活泼，但在大气中具有很好的抗腐蚀性（酸

4、碱除外）。具有很高的塑性核较低的强度，加工性能好。在实际使用中，纯铝中常加入锌、铜、镁、锰等元素形成合金。铝合金密度2.5～2.88g/cm3，熔点降低，与掺如合金元素有关，都低于纯铝。2、镁和镁合金镁密度1.74g/cm3，熔点650℃。镁的低温塑性较低。镁的强度和模量都较低，但比模量和比强度高。镁的化学性能活泼，在室温可以与大气中氧发生作用生成氧化镁薄膜，抗腐蚀能力差。但在氢氟酸水溶液中和碱类以及石油产品中具有较高的抗腐蚀能力。目前常用的镁合金主要包括Mg--Mn，Mg--Al--Zn，Mg--Cr等耐热合金，可作为连续或不连续纤维复合材料的基体

5、。主要是以合金的形式被广泛的应用。例如，用于航天飞机、人造卫星、空间站、汽车发动机零件、刹车盘等，并已形成工业规模生产。铝、镁基复合材料用于450℃以下，属于低温复合材料镁和镁合金基体复合材料钛密度4.4g/cm3，有两种晶形，-钛：六方密堆积，低于885℃时稳定；-钛：体心立方，高于885℃时稳定，熔点1678℃。3、钛及钛合金导热性好，热膨胀系数小。塑性好，延伸率可达50～70％。力学性能明显高于铝和镁。化学性能活泼，易与氧、氢、氮、碳发生化学反应形成稳定的化合物，极难提炼。在海水中具有极高的抗腐蚀性。在室温下对不同浓度的酸、碱的抗腐蚀性，但

6、是不耐氢氟酸通过添加不同的合金元素，可以改变钛同素异形体的转变温度。添加铝、氧、氮、碳等元素，可以扩大相区，称为稳定剂。添加钼、钒、铌、钽等元素，可以扩大相区，所以称为稳定剂钛合金4、镍及镍合金密度8.9g/cm3，熔点1455℃。有铁磁性和延展性，导电和导热性能好，力学性能明显好于铝和镁。常温下，在潮湿空气中表面形成致密的氧化膜，耐碱、盐溶液。用来制造不锈钢和其他抗腐蚀合金，也作加氢催化剂和用于陶瓷制品等。加入钨、钼、钴、铬、铌等合金元素，使用温度可达650～1000℃，具有较高的强度、良好的抗氧化和抗燃气腐蚀能力，用于制造燃气涡轮发动机的

7、燃烧室等。用钨丝、钍钨丝增强镍基合金还可以大幅度提高高温性能。5、铜及铜合金密度8.94g/cm3，熔点1080℃。导电导热性好。铜的塑性好，强度和弹性模量不高，热膨胀系数大，容易铸造和加工。铜在复合材料中的主要用途是作为铌基超导体的基体材料。6、金属间化合物通常是一些高温合金（如硅化物、铝化物、铍化物等），使用温度可达1600℃决定金属间化合物相结构的主要因素有电负性、尺寸因素和电子浓度等使用温度界于高温合金和高温结构陶瓷之间。根据其组成，A、B两元之间可形成AB、A2B、A3B、A5B3、A7B6等化合物；根据组成元素，可分为铝化物、硅化物和铍化

8、物。密度小、弹性模量高，但室温脆性是致命弱点Ti-Al系金属间化合物低密度、高强度、高刚度、良好的高温性能、