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稀土氧化物对FSP制备原位颗粒增强铝基复合材料组织和性能的影响

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第1章 绪论

1.1 选题依据、目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容

第2章 试验条件和方法

2.1 试验材料及设备

2.2 试验方法

第3章 ReO对FSP制备Ni/Al复合材料组织和性能的影响

3.1 ReO种类对FSP制备复合材料组织的影响

3.2 La2O3含量对FSP制备复合材料组织和性能的影响

3.3 CeO2含量对FSP制备复合材料组织和性能的影响

3.4 本章小结

第4章 (Ni+ReO)/Al复合材料中团聚行为的演变过程研究

4.1 (Ni+ReO)/Al复合材料中团聚体的微观结构

4.2 (Ni+ReO)/Al复合材料中团聚体的演变过程

4.3 本章小结

第5章 热处理对FSP制备复合材料组织和性能的影响

5.1 热处理对Ni/Al复合材料组织和性能的影响

5.2 热处理对(Ni+La2O3)/Al复合材料组织和性能的影响

5.3 热处理对(Ni+CeO2)/Al复合材料组织和性能的影响

5.4 本章小结

第6章 结论

参考文献

硕士学位期间发表的学术论文及其它成果

致谢

声明

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摘要

本文选取1060Al作为基材，采用搅拌摩擦加工方法(Friction Stir Processing, FSP)制备出Ni/Al复合材料，并在此基础上通过添加不同含量(1-7wt％)、不同种类的稀土氧化物(ReO)，研究了ReO对FSP制备Ni/Al复合材料组织和性能的影响，探索了其对原位反应的作用机制，同时研究了热处理前后复合材料组织、性能的变化。
　　试验结果表明：当 ReO(La2O3或 CeO2)的添加量为5wt%时，(Ni+ReO)/Al复合材料中Al3Ni增强相颗粒分布较为均匀，且含量最高，块状的Ni粉团聚减少，复合材料的组织最佳；此时，抗拉强度达到最大值，分别为221MPa和238MPa。相比未添加ReO的复合材料(166MPa)，抗拉强度分别提高了33.1%和43.3%。当ReO(La2O3或 CeO2)添加量增至7wt%时，复合材料中 Al3Ni增强相颗粒的含量反而减少，块状的Ni粉团聚重新出现，抗拉强度分别下降至205MPa和201MPa。因此，在本试验条件下ReO的最佳添加量为5wt%。
　　相比Ni/Al复合材料，(Ni+ReO)/Al复合材料中粉末的团聚类型除了常规的焊合形、长条形、树叶纹理形，还出现了新的团聚类型：半聚合形、倒 C形、颗粒密集形。在FSP过程中添加La2O3或CeO2后，其会阻碍Ni粉的相互吸附、聚拢行为，使 Ni粉无法焊合在一起，改善了 Ni粉的团聚行为，从而产生了新的团聚类型，并生成了更多的Al3Ni增强相；此外，ReO能与基体发生反应生成稀土相，放出巨大的反应热，使复合区的温度升高，促进Al-Ni原位反应的进行，导致Al3Ni增强相体积分数增加。
　　热处理试验中的生成相顺序为：Al+Ni→Al3Ni+Al+Ni→Al3Ni+Al3Ni2，最终的产物为 Al3Ni和 Al3Ni2的混合物。热处理使 Ni/Al及(Ni+ReO)/Al复合材料中 Ni粉团聚体强化层厚度增加，并在Ni粉团聚中生成了新相Al3Ni2，但是(Ni+ReO)/Al复合材料中 Ni粉团聚体的致密度会变差。对比热处理前，Ni/Al复合材料的抗拉强度分别降低了7.2%、16.9%、23.5%；(Ni+5wt%La2O3)/Al复合材料的抗拉强度分别降低了21.7%、26.2%、33.9%；(Ni+5wt%CeO2)/Al复合材料的抗拉强度分别降低了18.5%、24.8%、31.5%。

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