玄武岩颗粒(鳞片)对铝基复合材料组织和性能的影响

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铝基复合材料因其具有低密度、高比强度和高比模量等优异性能,使其成为金属基复合材料中研究和应用最多的复合材料之一。现有的颗粒增强铝基复合材料,存在颗粒与基体的润湿性差、密度差异大、界面结合差,致使制备出的颗粒增强铝基复合材料中颗粒分布不均匀、制造成本高等诸多问题。为有效改善铝基复合材料中存在的问题,本文选用一种新型玄武岩材料作为增强体,研究玄武岩增强铝基复合材料的粉料混合工艺、烧结工艺、微观组织和性能等方面。  本课题采用机械球磨的方法对7075铝合金和玄武岩粉末进行混粉,并定量分析了混合粉体的均匀度,从而确定出了最佳混粉工艺。采用粉末冶金法把混好的粉末进行烧结,制备玄武岩增强铝基复合材料,经过大量的试验,获得不同合金成分的铝基复合材料的最佳制备工艺。在此工艺下,制备出了不同质量分数的玄武岩颗粒增强铝基复合材料和玄武岩增强7075铝合金基复合材料,并对所制备的复合材料开展了微结构表征和性能测试。结果表明,随着玄武岩颗粒的增加,无论基体是纯铝还是7075铝合金,均存在一临界值,对应铝基复合材料的综合性能最优。玄武岩的质量分数为9wt.%时,以纯铝为基体的复合材料的密度为2.605g/cm3,硬度为62HV,弹性模量为71.2GPa,抗拉强度为203MPa,延伸率为1.8%;而玄武岩的质量分数在以7075铝合金为基体的复合材料中则为4%,其密度为2.834g/cm3,硬度为155HV,弹性模量为72.7GPa,抗拉强度为572MPa。而材料的断口形貌观察表明,玄武岩颗粒的含量增加,使得制备出的铝基复合材料的脆性倾向越严重。除此之外,对制备出的玄武岩鳞片增强铝基复合材料,开展了鳞片与基体界面处的微结构分析,发现二者的界面结合良好,并且存在一定厚度的反应层,说明玄武岩与基体铝合金之间的界面结合属于冶金结合。
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