Al-Ni梯度復合材料的層間調控及組織性能研究.pdf

1、學校代碼：10406分類號：TB331學號：150308050305南昌航空大學南昌航空大學碩士學位論文（學位研究生）AlNi梯度復合材料的層間調控及梯度復合材料的層間調控及組織性能研究組織性能研究作者：黃碩文指導教師：黃春平副教授申請學位類別：碩士學科專業(yè)：材料加工工程所在單位：航空制造工程學院答辯日期：2018年6月授予學位單位：南昌航空大學I摘要本文在前期攪拌摩擦加工原位合成IMCAl成形工藝和組織調控研究的基礎上，以FSAM制備

2、AlNi梯度復合材料為目的，通過改變攪拌針端部形狀的方式對梯度復合材料成形及其層間組織結構進行了調控，并建立了相關的物理模型。此外，把握了AlNi梯度復合材料的組織演化及性能變化規(guī)律。研究結果表明，針端部帶漸開線的形狀能顯著提高攪拌針額外的剪切力和摩擦力；端部帶內凹形狀的攪拌針主要增大了金屬向下的驅動力。平面形、漸開線形、內凹漸開線形的攪拌針端部形狀對梯度復合區(qū)塑性金屬流動的調控方式可分為：擠壓流動、輻射擴散流動、輻射擠壓流。攪拌針端部

3、處的塑性金屬遷移方式可分為慣性脫離遷移、摩擦擠壓遷移、擠壓輻射繞流遷移等方式。針端部形狀為漸開線時，制備的AlNi梯度復合材料為準梯度材料。相同增強相含量組成的復合區(qū)具有一定的寬度，只有在相鄰層間存在濃度梯度，且相鄰層的重疊區(qū)域的增強體含量介于兩層含量之間，從而起到了銜接和過渡的作用。AlNi梯度復合材料底部梯度層復合區(qū)中心硬度值可達157HV，且前進邊硬度比返回邊高；中心梯度層的復合區(qū)硬度值比其他層次低，平均值約為109HV；頂層的復

4、合區(qū)中心區(qū)及其附近的顯微硬度約為124HV，且低于其兩側；各梯度層有效復合區(qū)兩側硬度隨層次的增加而增加。制備的AlNi梯度復合材料各梯度層的抗拉強度、摩擦系數(shù)和磨損率呈現(xiàn)準梯度變化。底層、中心層、頂層對應的抗拉強度與原始復合材料相比較分別提高了8.0%、9.2%、10.9%；梯度復合材料整體的抗拉強度為310MPa，相當于2024T4態(tài)鋁合金母材抗拉強度的62.5%，延伸率比母材約提高了12.6%。AlNi梯度復合材料磨損機理主要是磨粒

5、磨損。各梯度層界面膜均存在較完整的潤滑膜，犁溝平行整齊，凹坑量少且存在大量的塑性變形。隨增強相含量增多，潤滑膜和磨屑出現(xiàn)的裂紋數(shù)量增加，潤滑膜變得疏松，梯度層氧化程度加重，且磨屑為致密堆疊的層狀結構。此外，原始復合材料和梯度層的摩擦系數(shù)與磨損率呈準梯度下降，且同一體積分數(shù)下，梯度層比對應的原始復合材料磨損率??；底層、中心層、頂層磨損率分別約為母材摩損率的93%、85%、80%。關鍵詞：攪拌摩擦增材制造，攪拌針端部形狀，層間調控，組織，性