粉末冶金及热压法制备复合材料的组织观察课件.ppt

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1、粉末冶金及热压法制备复合材料的组织观察材料成型技术基础实验实验目的1.了解粉末冶金制备金属基复合材料的工艺过程。2.观察和分析不同陶瓷颗粒增强的复合材料的组织特点。3.了解复合材料界面控制方法。4.分析陶瓷颗粒与金属润湿性对复合材料组织性能的影响规律。粉末冶金法工艺过程干式混料20hours温压常温压制1000MPa1350℃保温1h800℃保温1h油淬混粉粉坯压制后期热处理真空烧结磁悬浮炭陶滑撬汽车炭陶刹车片直升机旋翼炭陶刹车片坦克炭陶刹车闸片粉末冶金法制备三氧化二铝颗粒增强高锰钢基复合材料工艺流程c配制

2、基体合金合金粉球磨Al2O3颗粒破碎、筛分Al2O3颗粒表面化学镀镍粉料混制坯料压制高温烧结球磨工艺a）球料比4：1，转速160rpm，时间4hb）球料比8：1，转速160rpm，时间4h实验材料：还原铁粉、高碳锰铁粉及碳粉配制成要求成分。大颗粒小颗粒球磨过程是一个对合金粉末充分混合的过程，也是一个机械合金化的过程。三氧化二铝表面化学镀处理镀镍氧化铝颗粒表面形貌氧化铝颗粒镀镍层形貌镍镀层表面显微形貌（SEM）混粉工艺参数对复合材料的性能影响（b）镀层脱落在混粉转速为200rpm条件下，混粉时间为30min时

3、Al2O3颗粒表面镍镀层完整，而混粉时间为60min时，颗粒表面镀层有脱落现象，（如图a，Al2O3颗粒表面镀层的脱落将使复合材料界面结合情况变差（见图b）（a）镀层完整a）未镀镍氧化铝颗粒增强复合材料b）镀镍氧化铝颗粒增强复合材料粉末冶金三氧化二铝与高锰钢界面的特点未镀镍氧化铝颗粒增强高锰钢复合材料界面形貌镀镍氧化铝颗粒增强高锰钢复合材料界面形貌坯料压制成型工艺a）未变形b轻微变形c）严重变形压力大小要合适当对压模中的粉末施加压力后，粉末颗粒间将发生相对移动，粉末颗粒填充孔隙，增加接触。而且塑性颗粒在压力

4、作用下还会发生变形（包括弹性变形、塑性变形和脆性断裂），如图所示。接触面积的增大，以及变形引起的能量增加，会促进烧结扩散的进行，有利于得到较为致密的烧结制品。但对于复合材料的制备，压力过大时陶瓷颗粒变形或断裂将破坏增强颗粒的性能。由此可见，选择合理的成形压力也是材料制备的关键。真空烧结三氧化二铝复合材料烧结对于材料制品的性能有着决定性的影响，烧结的结果是合金粉末颗粒之间发生粘结，烧结体的强度增加，密度提高。影响烧结的因素有很多，例如烧结温度、烧结时间、粉末粒度、压坯密度等，但是其中以烧选择的烧结温度和烧结保

5、温时间对复合材料的性能影响最大。烧结时间通常就是保温时间，对于非完全致密材料，延长保温时间，由于有利于空隙的逐渐消除，所以对于材料的性能改善是有利的。但烧结时间过长会导致空隙的长大和微观组织的粗化。真空烧结碳化钨复合材料烧结温度的确定由于WC在γ-Fe中的溶解度较大，在WC颗粒增强高锰钢基复合材料的烧结过程中不同于Al2O3颗粒增强高锰钢基复合材料，要选择较低的烧结温度。根据Fe-Mn-C三元相图，选择低于高锰钢的液相线的1150℃，1200℃和接近液相线的1250℃，1300℃作为烧结温度。烧结时间为60

6、min。a）烧结温度1150℃b）烧结温度1200℃c）烧结温度1250℃d）烧结温度1300℃粉末冶金碳化钨与高锰钢界面的特点粉末冶金WCp/高锰钢复合材料显微组织粉末冶金复合材料中WC颗粒表面壳层a）保温时间30minb）保温时间60min孔隙较多，不致密保温时间的确定烧结温度（℃）1150120012501300相对密度（％）85.689.291.491.6宏观硬度（HRC）43.048.349.752.1不同烧结温度下得到的WC实验背景实验原理实验内容及步骤实验结果分析真空热压法制备钢铝复合材料双金

7、属复合材料保持各层材料各自原有的特性，而其综合力学、物理化学性能以及价格等因素可望得到优化。双金属复合材料具有良好性能，廉价的成本，并在资源的合理利用方面表现出明显的优势，因而在航空、石油、化工、造船、汽车、电子、原子能等工业领域中得到广泛应用。例如：采用有效方法将不锈钢和变形铝合金很好复合在一起，则可以以低廉的成本生产出耐磨、耐腐蚀且具有高导电性能的高效复合材料。实验背景低碳钢导电轨的缺点：输送电流小、不耐磨、寿命短钢铝导电轨的典型结合方式：压力加工、铆接和局部焊接以及固液复合2024CuMgFeSiMn

8、3.8～4.91.2～1.80.50.50.3~0.90Cr18Ni9TiCSiPSTiNiCr≤0.08≤1.0≤0.035≤0.030.4~0.78~1117～19材料拉伸强度(25℃MPa)屈服强度(25℃MPa)热膨胀系数（20～100℃um/m·k）熔点范围（℃）电导率20℃(%IACS)202447032523.2500～635300Cr18Ni9Ti52020518.41398～142013.7实验