● 摘要
分布均匀的超细颗粒增强复合材料较常规尺寸颗粒增强复合材料具有优异的力学性能,但超细颗粒的加入往往带来颗粒团聚问题,严重恶化了复合材料的综合力学性能。研究超细YAl2颗粒的制备和改性技术,成为制备超细颗粒增强复合材料中的关键问题之一。本文以超细YAl2颗粒增强MgLiAl基复合材料的开发为背景,从YAl2增强体与MgLiAl基体的界面特性分析入手,系统研究了行星球磨、高速振动球磨及砂磨三种球磨方法对制备超细YAl2颗粒的影响规律,进而探讨了Mg颗粒的种类及复合球磨工艺对YAl2增强体表面改性效果的影响,研究了复合球磨表面改性机制。
在超细YAl2颗粒的制备技术研究方面,对YAl2的显微组织及YAl2/MgLiAl的界面特性进行了表征,探讨了在载荷的作用下YAl2增强体对复合材料的力学行为的影响;进而分别采用行星球磨、高速振动球磨及砂磨方法制备了超细YAl2颗粒,探讨了进料粒度、磨球尺寸、球磨时间、球料比及不同的球磨机制对制备超细YAl2颗粒的影响,给出了超细YAl2颗粒的制备工艺。结果表明,YAl2铸锭主要由YAl2相组成,还有少量的纯Y相,富Al相及其它钇铝金属间化合物(YAl和Y3Al2)的混合物;YAl2增强体与MgLiAl基体形成了扩散型界面层,改善了增强体与基体的协调变形能力。采用行星球磨和砂磨相结合的方式可高效地制备出超细YAl2颗粒,制备出的超细颗粒平均粒径为0.22μm,超细颗粒(<3μm)占颗粒总数量的99.98%。
在超细YAl2颗粒的表面改性研究方面,研究了Mg颗粒来源、球磨工艺参量等对YAl2颗粒表面改性效果的影响,探讨了复合球磨对YAl2颗粒的表面改性机制。结果表明,三种Mg颗粒对超细YAl2颗粒复合球磨表面包覆改性的效果:Mg颗粒(锯态)>Mg颗粒(工业雾化)>Mg颗粒(钻态)。复合球磨中“硬质相”YAl2颗粒在冲击、剪切、摩擦等机械力作用下,粘附并镶嵌在“软质相”Mg颗粒,形成了机械咬合及“冷焊合”界面。通过复合球磨可实现Mg颗粒(锯态)对超细YAl2颗粒的有效包覆,YAl2颗粒和Mg颗粒以机械结合和“冷焊合”的方式复合在一起,避免了YAl2颗粒自身的团聚。
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