金属基复合材料.pptVIP

以陶瓷颗粒、纤维或晶须作为增强体，可制成镁基复合材料，集超轻、高比刚度、高比强度于一身，该类材料比铝基复合材料更轻，具有更高的比强度和比刚度将是航空航天优选材料。四、镁基复合材料第47页,共66页，2024年2月25日，星期天镁基复合材料特点：镁、镁合金及其镁基复合材料的密度一般小于1.8，仅为铝或铝基复合材料的66%左右，是密度最小的MMC之一，而且具有更高的比强度、比刚度以及优良的力学和物理性能。镁基MMC常用基体合金：纯镁强度较低，不适合用作MMC，一般需添加合金元素以合金化。主要合金元素有Al、Zn、Ag、Mn、和稀土金属等。第48页,共66页，2024年2月25日，星期天镁基MMC的增强体基本要求：与基体有良好的物理、化学相容性，尽量避免增强体与基体之间的界面反应，浸润性好。常用的增强体：C纤维、SiC晶须和颗粒、B4C颗粒等。C与纯镁不反应，但与镁合金中的Al、Li等反应，可生成碳化铝、碳化锂等化合物，严重损伤C纤维，需在C纤维表面进行涂层保护。研究表明：SiC、B4C纤维、晶须、颗粒是镁基MMC的合适增强体。第49页,共66页，2024年2月25日，星期天镁基MMC的性能颗粒增强镁基MMC的抗拉强度与基体差不多，但耐磨性和耐温性提高。晶须增强镁基MMC的抗拉强度和模量都有所提高。纤维增强镁基MMC的抗拉强度和弯曲强度提高很多。第50页,共66页，2024年2月25日，星期天镁基MMC的制备表5-9几种主要镁合金基MMC制备方法第51页,共66页，2024年2月25日，星期天镁基MMC的应用汽车制造：方向盘减震轴、活塞环、支架、变速箱外壳等；通讯电子：手机、便携式电脑等的外壳机械工业：SiC晶须增强镁基MMC用于制造齿轮，SiC颗粒增强镁基MMC耐磨性好可用于制造油泵的壳体、止推板、安全阀等。第52页,共66页，2024年2月25日，星期天五、钛基复合材料（TMC）特性：钛合金：密度4.3～5.1，模量80～130GPa，有较高的比强度和比刚度，钛的熔点高，强度能保持到高温（使用温度800℃)，抗氧化和抗化学腐蚀性能好。TMC：比钛合金更高的比强度、比模量，极佳的耐疲劳、抗蠕变性能，优异的高温性能和耐腐蚀性能，并克服了钛合金耐磨性和弹性模量低等缺点。类型：颗粒增强、连续纤维增强钛基MMC。相容性问题：几乎所有增强体与活性Ti基体发生界面反应形成一种或多种化合物。因为所有TMC在制造和热加工过程中，都要经历800～1200℃的高温暴露，不可避免地发生界面反应。界面反应退化问题：采用对增强纤维涂层处理。第53页,共66页，2024年2月25日，星期天颗粒增强TMC特点：加工制造工艺比较经济、简便。常用工艺—精密铸造、粉末冶金、锻造、挤压、轧制等都可以用于加工TMC。性能：钛和钛合金中加入颗粒增强剂后，TMC的硬度、耐磨性能、刚度、耐高温性能得到明显改善，而塑性、断裂韧性和耐疲劳强度有所下降，室温拉伸强度与基体相近或低于基体。第54页,共66页，2024年2月25日，星期天连续纤维增强TMC特点：具有较高的工作温度600～1000℃），高抗腐蚀性和抗损伤性。但比重较高（工业纯钛密度4.51），制造困难和成本高。力学性能：纵向强度和弹性模量提高很大，但横向性能较低。第55页,共66页，2024年2月25日，星期天连续纤维增强TMC的力学性能第56页,共66页，2024年2月25日，星期天钛基复合材料钛及其合金是比强度、比刚度最好的基材，耐蚀性和耐高温性也很好，易做耐热件。（低于相变温度）但钛薄难制，化学活性高，与C纤维和B纤维反应生成TiC和TiB2白亮层。解决办法：?高速工艺----缩短高温停留时间?低温工艺----850℃热压15分钟?表面包覆----涂SiC?合金化----提高基体稳定性第57页,共66页，2024年2月25日，星期天TMC的应用利用TMC的耐高温性能，制造耐高温构件。美国SiC纤维增强TMC用于航天飞机的机翼、机身的蒙皮、支撑梁及加强筋；导弹尾翼、汽车发动机气门阀、连杆等。第58页,共66页，2024年2月25日，星期天六、金属基复合材料的制备工艺金属基复合材料的制备工艺种类繁多，主要根据基体与增强体的性质决定，基体的选择一般有3条原则： 1）复合材料的使用要求这是选择基体材料的主要依据。 2）复合材料的组成特点不同的增强体对基体的选择影响较大。 3）复合材料的界面相容性