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原位天生TiB

作者:亚美真人来源:[亚美真人公司]访问:937时间:2019-12-06

中國鋼管信息港貿易訊息平台:原位天生TiB2/Al-Si-Mg複合材料的組織與性能①韓延峰,稀土元素因其具有特殊的電子結構和物理化學性質,在材料科學中得到了廣泛的應甩在聚合物中添加稀土可做各種熒光材料、激光材料、磁性材料和射線防護材料等聚合物稀土改性可進步其導電性能 、熱穩定性能和機械性能等。目前稀土在摩擦學中的利用也得到了廣泛的重視,稀土化合物(CeOiLa23CeF3LaF3和Y2O3等)作為高溫潤滑劑潤滑油脂添加劑抗磨塗層添加劑和添加到合金中改善高溫摩擦磨損性能等都得到了較多的研究+7.但在聚合物中填充稀土化合物加強其減摩耐磨能力的研究則極為鮮見,考察了幾種稀土化合物填充聚四氟乙烯的摩擦磨損性能然而,稀土化合物填充不同聚合物中的減摩行為和減摩抗摩機理還有待於進一步的研究尼龍1010(PA1010)具有高強度、高韌性 、耐高壓、尺寸穩定性良好等優點,已廣泛利用於機槭汽車造船、紡織儀表等產業部分,可用來代替有色金屬或其它材料,但其摩擦係數偏高,耐磨性能還有待於進一步進步本文作者考察了La23添加量對PA1010摩擦磨損性能的影晌1從圖中的曲線可以看出,複合材料的密度隨La23含量的增加而上升,特別是La23含量在40%範圍內上升明顯,而其硬度則存在一個最高值,La23含量在15%範圍內硬度隨La23含量的增力口而上升,在15%~40%範圍內硬度隨La23含量的增加而下降La23含量為15%的複合材料硬度最高,其值為HRM1172 2La2Qb添加量對摩擦磨損性能的影響La23複合材料與黃銅配摩時的摩擦係數隨滑行間隔的變化曲線如所示從這些曲線的變化可以看到一個共同的規律,即起始摩擦係數都較低,隨滑行間隔的增加摩擦係數迅速上升,達到最高值後又略有下降並趨於穩定穩態摩擦係數隨La23含量的增加而下降取800m今後較穩定狀況下的摩擦係數的均勻值為該材料的摩擦係數。示出了與黃銅配摩時La23添充量對PA1010摩擦係數和磨損率的影響。可以看出,磨損率和摩擦係數隨La23含量的變化有很相似的趨勢,La23含量在15%範圍內,隨La23含量的增加摩擦係數和磨損率下降迅速,La23含量超過15%時,摩擦係數和磨損率下降不明顯,有時還略有上升 。純PA1010的磨損率是含La23的PA1010複合材料的31倍。熔體處於液態時,由於TiB2粒子尺寸細小,根據Stoks公式可知,TiB2粒子在幾個小時內將均勻地懸浮在熔體中。當凝固開始後,由於Sr的感化將使a(Al)作為先析相先行析出。而TiB2粒子和合金熔體熱傳導係數之比Kp/Km< 1 ,根據Zubko的研究和TiB2表麵未能形成富Ti層,此時大量的TiB2粒子將被所“吞食”。由於a(Al)的析出,界眼前沿的熔體將由近共晶成分變為過共晶成分,隨後結晶時就會出現一些初晶Si ,使得被“排出”的TiB2粒子與其交織在一起(如(b)) 。而對於大量處於共晶區TiB2粒子被排出到凝固界眼前沿後 ,必然會對Al和Si的雙向擴散產生阻礙感化,從而使a(Al)的生長受到“反對”,使得本來較粗大的a(Al)得到細化,如所示。TiB2粒子之所以能引發a(Al)細化,不排除一部分TiB2粒子所起的異質核心的感化,但作者以為最首要的啟事是TiB2粒子的“反對”感化。隨著TiB2粒子數目增加,其引發的“反對”感化越大,a(Al)的細化程度也越明顯;而且a(Al)與共晶區的界麵變得凹凸不平,這從一個側麵證實了作者觀點是公道的。隨著組織中共晶區的擴大,TiB2粒子在全部組織中的分布更加彌散和均勻,這正是作者選擇近共晶成分Al-Si-Mg合金的另一個首要啟事。
  2.2.2熱處理(T6)對複合材料微觀組織的影響由於TiB2粒子的存在,使得熱處理對複合材料的微觀組織產生巨大的影響,如所示。熱處理前呈連續棒狀的共晶Si ,在熱處理後變為孤立的顆粒狀,這為共晶Si的球化處理提供了一種新思路。鑄態下共晶Si的平麵形貌為連續的棒狀,其立體形貌為珊瑚狀,本身就存在很多薄弱區域如分枝的根部等 。又由於TiB2粒子的存在,共晶Si的生長也會受到它的反對,從而使共晶Si表麵變得更加凸凹不平 ,存在的薄弱區域增加。在熱處理的加熱、保溫階段,薄弱區域的共晶Si就會溶解固溶到基體中,從而使共晶Si發生解離,從本來的連續棒狀變為孤立顆粒狀,而固溶到基體中的Si在隨後的時效過程中也會以顆粒狀析出。
  2.複合材料的力學性能2.3.1鑄態複合材料的力學性能TiB2粒子的存在必然會對材料的力學性能產生一定的影響,其影響如所示。從中可以看出 ,TiB2粒子可明顯進步複合材料的室溫抗拉強度 ,且隨著TiB2粒子含量的增加,進步幅度也隨之加大 。當TiB2粒子含量為6%時,TiB2/ZL104複合材料的室溫抗拉強度外可達296MPa,比基體強度270MPa進步了14.7%.在抗拉強度進步的同時,材料的延伸率不僅沒有下降,反而呈進步的趨勢,這可從所示的試樣斷口由韌窩構成這一事實得以證實。
  TiB2粒子之所以能進步材料的強度,首先是由於材料受載時 ,位錯與TiB2粒子相互感化所產生的彌散強化。另一個啟事是由於TiB2粒子和基體的熱膨脹係數的差異,在TiB2粒子四周產生大量的附加位錯,從而引發抗拉強度大幅度進步。如上所述TiB2粒子引發(Al)的細化使晶粒尺寸減小。根據Hall-Petch公式(式(3)),可見細晶強化是一種首要的強化機製。
  當於單晶體金屬的屈服強度;d為各晶粒的均勻直徑;K為表征晶界對強度影響程度的常數。
  複合材料在強度進步的同時,塑性和韌性反而略有進步。其啟事首要是晶粒細化引發材料塑韌性的改善,和TiB2粒子引發的組織織中共晶Si及其本身的均勻化。這兩方麵對塑韌性的改善抵消了由於TiB2粒子存在所引發的韌性下降,就使得材料的延伸率略有進步。
  2.3.2熱處理對複合材料力學性能的影響熱處理對複合材料微觀組織的改變必會對材料的力學性能產生影響,如所示。從圖中可以發現熱處理可使6%TiB2/ZL104複合材料的室溫抗拉強度由本來的296MPa進步至386MPa進步幅度達30%而且延伸率仍為5%.強度進步幅度如此之大,首要啟事是固溶共晶Si在基體上的析出和時效時大量第二相的彌散析出。而延伸率仍保持在塑性範圍,這首要是由於本來呈連續棒狀的共晶Si變為孤立顆粒狀,從而引發對複合材料塑性和韌性的改善。
  3結論原位天生的TiB2粒子呈細小等軸狀,尺寸都小於Lum,大多數TiB2粒子均勻分布在共晶組織中 ,與共晶Si交織在一起,而在a(Al)中隻有少量的TiB2粒子 。熔體凝固時,大量的TiB2粒子被排出到凝固前沿,其對(Al)的反對感化使a(Al)細化,且使組織中的相分布更加均勻。
  TiB2粒子可以明顯進步複合材料的室溫抗拉強度,且隨著TiB2粒子含量的進步,強化幅度隨之增加,而且強化後的材料仍屬於塑性材料。6%TiB2/ZL104複合材料室溫抗拉強度可達296MPa比基體強度進步了14.7%,而且延伸率為5.4%.熱處理(T6)可以使鑄態下呈連續棒狀的共晶Si發生解離,變為孤立的顆粒狀,並使6%TiB2/ZL104複合材料室溫抗拉強度進步30%,達386MPa而延伸率為5%,仍屬於韌性材料。中國鋼管信息港貿易訊息平台

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