【摘 要】
:
颗粒增强复合材料因其具有低成本、高性能等特点,是目前应用范围广、应用前景好的一类复合材料。铜基复合材料不仅保持了基体较优的导热导电性能,而且还具有良好的综合力学性能,目前被广泛地应用于电子、汽车、航空航天、机械等领域。但是传统的陶瓷增强相与基体之间的湿润性差,二者之间的热膨胀系数差异较大,在界面处容易生成缺陷,影响复合材料的性能。高熵合金作为一种具有潜力的新型合金,因其特有的“四大核心效应”进而表
论文部分内容阅读
颗粒增强复合材料因其具有低成本、高性能等特点,是目前应用范围广、应用前景好的一类复合材料。铜基复合材料不仅保持了基体较优的导热导电性能,而且还具有良好的综合力学性能,目前被广泛地应用于电子、汽车、航空航天、机械等领域。但是传统的陶瓷增强相与基体之间的湿润性差,二者之间的热膨胀系数差异较大,在界面处容易生成缺陷,影响复合材料的性能。高熵合金作为一种具有潜力的新型合金,因其特有的“四大核心效应”进而表现出传统合金所不具有的优异性能,同时因其与金属基体之间具有良好的湿润性,并且与金属基体相比具有相似的热膨胀系数,是一种潜在的金属基复合材料的增强体。若其能作为铜基复合材料的增强体,有望克服传统陶瓷颗粒带来的缺陷。本文通过放电等离子烧结技术制备了AlCoCrFeNi2.1/Cu复合材料与CoCreNiTi/Cu复合材料,探究了烧结温度与增强相含量对复合材料微观组织与力学性能的影响。得出的具体结论如下:(1)AlCoCrFeNi2.1高熵合金在基体中均匀分布,与铜基体之间的结合良好,随着烧结温度的提高,铜基体与高熵合金颗粒之间的结合方式由机械结合为主逐渐转变为以扩散结合为主,在高熵合金与铜基体之间的界面处形成了“互锁区域”,该区域主要与Cu元素沿着高熵合金中的BCC相向高熵合金中扩散以及Al、Ni元素向着基体中扩散相关,“互锁区域”主要由富Cu相与富Co Cr Fe相组成。(2)在10wt.%AlCoCrFeNi2.1/Cu复合材料的制备过程中,最佳的烧结温度为800℃,其中升温速度为50℃/min,烧结压力为40MPa,保温10 min,10wt.%AlCoCrFeNi2.1/Cu复合材料的布氏硬度达到了60.4 HBW,屈服强度为130.9 MPa,致密度为98.4%,电导率为67.4%IACS。随着烧结温度的增加,复合材料的致密度呈现先增后降的趋势;AlCoCrFeNi2.1高熵合金因其BCC相中Al、Ni元素的扩散,导致增强相硬度有一定程度的下降;同时高熵合金中的元素扩散进入铜基体中使得复合材料的电导率下降。(3)随着增强相含量的增加,AlCoCrFeNi2.1/Cu复合材料的物相结构中逐渐出现了高熵合金FCC相的衍射峰,复合材料的致密度与电导率均随高熵合金含量的增加而降低,硬度与屈服强度均随高熵合金含量的增加而增加。当高熵合金的质量分数为25wt.%时,复合材料的硬度为78.3 HBW,屈服强度为201.3 MPa,较纯铜分别提高了约87%、137%。(4)随着烧结温度的提高,CoCreNiTi/Cu复合材料中逐渐出现了Fe2Ti型与Ni2.67Ti1.33型金属间化合物,高熵合金增强相的结构随着烧结温度的提高逐渐由细小的树枝状结构转变为三相结构,高熵合金与基体之间发生了轻微的扩散,并没有形成扩散层或者互锁结构。(5)CoCreNiTi/Cu复合材料的致密度、硬度均随着烧结温度的增加而增加。750℃时,复合材料的致密度与布氏硬度分别为97.77%、74.9 HBW,当烧结温度为950℃时,复合材料的致密度与布氏硬度分别提升到了98.85%、82.5 HBW;并且基体与增强相的维氏硬度也随之增加,当烧结温度从750℃升到950℃时,高熵合金的硬度从704 HV提升到了969 HV,但是其塑性大幅度下降,在压痕尖端出现裂纹。复合材料的电导率随烧结温度的增加呈降低的趋势,这是由于高熵合金与基体之间的元素扩散加快导致的;950℃时,复合材料的压缩屈服强度为204.7 MPa,较纯铜提高了约140%。复合材料的耐磨性较纯铜得到了明显的改善,CoCreNiTi/Cu复合材料的磨损机制主要为磨粒磨损与粘着磨损。
其他文献
脉冲微孔喷射法是一种单分散微球粒子制备方法,可制备多种材料,涵盖金属、非金属、金属玻璃等,制备的微球具有粒径均一、尺寸分布窄、球形度高等优点,广泛应用于电子封装、增材制造等领域。目前,脉冲微孔喷射法的工艺设计与优化主要依赖实验观察及理论解析,缺少针对合金微球制备过程的数值建模与计算预测的量化研究。本文重点围绕合金微球凝固过程的传热与枝晶生长行为的建模与数值计算方法进行研究,构建基于立方体单元有限差
发动机齿轮作为特殊服役环境下的构件,在性能上需要不断满足更高的要求,而性能与表面状态有着密不可分的关系。16Cr3NiWMoVNiE作为一种具有良好强热性能的材料,在发动机齿轮上有着关键的作用,能承受巨大的载荷和适应严苛的服役环境,但齿轮失效的情况时有发生,如因碳含量过高导致磨削后发生开裂,碳浓度过低导致表面硬度较低耐磨性不足而引起齿的断裂等失效,磨削后工件表面出现裂纹和磨削烧伤等。在齿轮表面强化
随着飞行器动力系统在大推力、轻质化、高推重比、高可靠性等性能方面提出了更高的要求,空天发动机关键热端部件逐渐向大尺寸、一体成形、结构复杂化等趋势发展。大型精密复杂薄壁镍基高温合金构件熔模精密铸造在空天发动机中发挥着广泛而无可替代的作用。但目前空天发动机关键热端部件仍面临以下挑战:1)为保证复杂薄壁热端部件的高成形率,铸造时常用更高的浇注温度与型壳温度。高浇注温度、缓慢的冷速、低温度梯度催生了严重粗
Fe作为可降解支架材料面临的主要问题是降解速率过慢,为了提升Fe的降解速率,合金化是一种比较好的手段。Zn标准电极电位比Fe低,且具有良好的生物相容性,以Zn元素作为第二组元对铁进行合金化有望提升铁的腐蚀降解速率。但是纯Fe和纯Zn的熔沸点差过大,所以本课题组创新提出使用电沉积制备Fe-Zn合金以解决其熔沸点差大,室温下难互溶,常规冶金法难以获得的问题。但是本实验室之前的电沉积工作都是使用以水为溶
航空航天技术、燃气轮机与其他高温高压技术的快速发展,使得工业装备领域对高温零部件的要求日趋严苛。典型珠光体耐热钢20钢是一种广泛应用于电力行业锅炉管道的材料,长期处于高温高压环境下服役,不仅在水蒸气和高温烟气的长期作用下会发生氧化与腐蚀,而且本身以珠光体球化为代表的微观组织变化也严重影响服役性能。研究20钢高温服役时的组织演变及其对性能的影响规律,对于预防设备早期失效和保证超期服役设备安全运行具有
氧化物弥散强化(ODS)合金具有优良的抗高温蠕变性能、抗辐照损伤及耐腐蚀性能。这类合金是目前核能、航空航天发动机等能源与载运工程领域备受关注的一类重要材料。本论文以ODS-Cu和ODS-钢为代表,探索熔铸制备ODS合金的可行性。目前成熟的ODS-Cu制备方法主要是内氧化法,但存在工艺流程复杂、周期长等缺点,导致国内工业化生产困难。ODS-钢只能通过机械合金化法制备,但是作为一种结构材料,其用量通常
偏滤器热沉材料用铜合金需满足高的热导率、良好的力学性能、良好的抗中子辐照性能等要求,目前已有的铜合金均无法满足下一代聚变堆的服役要求,目前最合适的DS-Cu备选材料是美国SCM公司的Glidcop Al25,但是内氧化法制备工艺复杂、成本高。本工作基于未来聚变堆热沉材料的性能需求,发展了一种有规模化制备潜力的,具有高热导率、较高的室温/高温力学强度、兼具弥散强化和沉淀强化两种强化方式的新型铜合金,
随着全球环境的日益恶化和资源短缺现象的日益严重,节能减排已经受到越来越多的重视。轻量化材料的使用作为节约能源和减少温室气体排放方式的一种,已经受到各国政府越来越多的重视。镁合金和碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)分别是目前工业领域最轻的金属工程结构材料和应用前景最好的复合材料,二者的连接能够充分发挥材料物尽其用的优势,但是二者由于巨大的物理化学性质差异难以通过普通的连接方法建立起可靠的连接,因此
目的 分析集束化护理对结肠镜检查患者肠道准备、舒适度和满意度的影响。方法 选取2018年1月至2020年1月于解放军总医院第六医学中心进行结肠镜检查的92例门诊患者为研究对象,按照数字表法随机分为对照组和试验组,每组46例,对照组患者予常规护理,试验组患者在常规护理的基础上予集束化护理。对比2组患者的生命体征指标(呼吸频率、心率、平均动脉压)、应激反应(肾上腺素、去甲肾上腺素、皮质醇)水平、Bos
高弹Cu-Ni-Sn合金具有高强度、优良的耐磨耐蚀性、抗应力松弛性以及导电性的特点,被广泛的应用于航空航天、机械精密仪器制造和电子工业等领域中。但Cu-Ni-Sn合金存在铸造过程中产生严重的反偏析以及长时间低温时效时易形成不连续析出相的问题,严重影响合金的力学性能。对于以上问题,成分优化设计是一个良好的解决途径。然而研究的过程中,始终面临着析出相尺寸过小,无法得到准确的析出相和基体成分反馈的问题。