【摘 要】
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近年来,随着复合板带材料市场竞争的日益激烈,开发出一种生产成本低、产品质量高的板带生产工艺显得尤为迫切。连续碳纤维增强铝基Cf/Al复合材料作为一种具有高比强度及高比模量,高抗疲劳强度,轻质,耐磨性强,高导电性能及高导热性能等优点的理想新兴复合材料,受到了广泛的关注,并在交通运输、军工产业及航天航空材料等方面的研究和应用越来越深入。本文主要通过对双辊铸轧成型法制备连续Cf/Al复合材料的成型工艺及
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近年来,随着复合板带材料市场竞争的日益激烈,开发出一种生产成本低、产品质量高的板带生产工艺显得尤为迫切。连续碳纤维增强铝基Cf/Al复合材料作为一种具有高比强度及高比模量,高抗疲劳强度,轻质,耐磨性强,高导电性能及高导热性能等优点的理想新兴复合材料,受到了广泛的关注,并在交通运输、军工产业及航天航空材料等方面的研究和应用越来越深入。本文主要通过对双辊铸轧成型法制备连续Cf/Al复合材料的成型工艺及其力学性能、微观组织、界面特征、断口形貌等进行了研究,并通过数值模拟的手段对采用双辊铸轧成型法制备连续Cf/Al复合板带的成型过程进行了流固耦合分析,讨论了工艺参数对连续Cf/Al复合板带成型过程的影响规律,为开发连续Cf/Al复合材料的简单、高效的生产工艺提供新思路和依据。主要研究内容及结论如下:1、在连续Cf/Al复合材料中,碳纤维增强相的分布情况是影响复合材料的性能的主要因素之一。如果增强相分布均匀,在复合材料受外部载荷的情况下,其内部的应力分布就会均匀,从而提高复合材料的拉伸性能。反之,如果增强相分布不均匀或有空洞等缺陷,则容易产生应力集中,大大影响构件的力学性能及疲劳寿命。2、本文通过双辊铸轧法制备的连续Cf/Al复合板带的铝基体在浇注温度为963K至993K,轧制速度为2m/min至3.3m/min,辊缝为2mm的条件下可制备出表面平整、无明显表面缺陷的铸轧板。在浇注温度为973K,辊速为2.7m/min的条件下,复合板带纤维束外层与增强体之间的界面层有比较好的结合,改善了碳纤维与铝基体之间的浸润性,镍镀层保留完整,阻止了碳纤维的氧化,增强相之间很少有空洞等缺陷,分布均匀,有助于复合材料的性能的提高;但铝液并未浸润到纤维束内部,内部纤维丝之间主要由金属镍组成,铝液对复合材料的浸润性差,不利于复合材料的性能的提高,可以考虑适当地增加轧制力,从而提高铝液的浸渗压力以减少材料内部空洞,提高浸润性。3、在通过数值模拟的手段对连续Cf/Al复合板带双辊铸轧成型过程进行流固耦合的分析中,得到了双辊铸轧工艺参数对连续Cf/Al复合板带的成型的影响规律,对不同辊速、浇注温度、换热系数下温度场和凝固场进行比较,得出在其他条件保持不变的情况下,随着辊速的加快,铝基的温度冷却时间越短,出口温度更高,液相区的比例更大;随着浇注温度的升高,出口温度更高,液相区的比例更大;随着换热系数的增大,铝基的温度冷却越快,出口温度更低,液相区的比例更小。
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