Fe基非晶合金颗粒增强铝基复合材料的制备与力学性能研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Ling_Hun
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非晶合金(又称金属玻璃,Metallic Glass,MG),具有高强、高硬、耐磨和耐腐蚀等优良性能,其与金属基体间的热膨胀系数相差较小并且润湿性较好。因此,近年来非晶合金增强铝基复合材料成为了研究的热点。本文采用粉末冶金法制备Fe50Cr25Mo9C13B3铁基非晶合金颗粒(FMG)增强Al基复合材料,研究非晶颗粒含量与特征对复合材料形貌、微观组织、界面结合和力学性能的影响,探讨相关机理。首先,本文研究了铁基非晶合金颗粒的含量对Al基复合材料组织结构和力学性能的影响。通过球磨制备了不同含量铁基非晶合金颗粒增强的铝基复合材料粉体,然后采用放电等离子烧结(Spark plasma sintering,SPS)和热轧制相结合的方式制备出块体复合材料。对制备的复合材料进行显微组织和力学性能表征。结果表明:通过控制放电等离子烧结和热轧制过程中的工艺参数,在复合材料中得到了核-壳结构的铁基非晶合金颗粒,其中的核结构为铁基非晶合金,而壳结构则包含三层不同的区域。10 vol%、20 vol%、30 vol%、40 vol%铁基非晶合金颗粒增强的铝基复合材料的极限抗拉强度从纯铝的126 MPa分别提高到178MPa、199 MPa、215 MPa和248 MPa,同时也具备良好的延展性。这主要是因为核-壳结构铁基非晶合金颗粒的形成改善了界面结合,将拉伸过程承受的载荷从基体转移铁基非晶合金颗粒上,提高了复合材料的力学性能。碳纳米管(Carbon Nanotubes,CNTs)由于具有轻质、高强等特点,也被认为是铝基复合材料的理想增强相。基于以上研究,本文通过化学气相沉积法在铁基非晶合金颗粒表面生长碳纳米管,制备出CNT-FMG混杂增强相,以实现CNT在铝基体中的均匀分布。CNT-FMG混杂增强铝基复合材料的制备方法与FMG增强铝基复合材料的制备方法相同。研究结果表明:镀有2 wt%Ni颗粒催化剂的铁基非晶合金颗粒,在600℃条件下催化30 min,在其表面得到了理想的CNTs。从复合材料拉伸断口和界面透射研究发现三相的界面结合较好。40 vol%CNT-FMG/Al复合材料的抗拉强度达到284 MPa,与同含量FMG增强铝基复合材料相比,力学性能有所提高,表明CNT-FMG混杂增强体的强化效果更好,CNT与FMG共同发挥作用,有助于提高铝基复合材料的力学性能。
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