一种颗粒增强铝基复合材料界面制备及其强度测试方法与流程

[0001]
颗粒增强铝基复合材料制备工艺，尤其涉及一种颗粒增强铝基复合材料界面制备及其强度测试方法。


背景技术：

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颗粒增强铝基复合材料(particles reinforced aluminum matrixcomposites，pamcs)具有高比强度、高导热、低热膨胀、耐磨等特点，在航空、航天、汽车、电子及军事装备等领域已获得大量重要应用，是近年来发展最为迅猛的金属基复合材料之一。增强颗粒与铝合金基体的结合界面起着“桥梁”作用，是载荷传递的“纽带”，对pamcs界面强度进行准确的预测，是复合材料设计及其性能优化重要的一环。但由于界面尺寸处于微纳尺度的特点和界面微结构的复杂性，国内外上长期缺乏测评界面强度的有效方法。先后开发出的在微纳尺度上对界面强度进行测评的方法主要包括：界面压入法、纳米压痕及划痕法、聚焦离子束结合纳米压痕法等，但上述测试方法均存在pamcs界面测试试样制作工艺复杂，设备要求高、操作复杂，制作及测试费用高，测试结果不能直接反映界面结合强度等缺陷，导致其适用性较差。


技术实现要素：

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本发明的目的在于克服现有颗粒增强铝基复合材料界面强度测试困难，提供一种颗粒增强铝基复合材料界面制备及其强度测试方法，实现增强颗粒与铝合金基体界面的制备并对其强度进行测试。
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本发明所采用的技术方案是：提供一种颗粒增强铝基复合材料界面制备及其强度测试方法，本发明中颗粒增强铝基复合材料界面制备及其强度测试方法包括以下步骤：
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颗粒增强铝基复合材料界面制备步骤：
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s1：定制一定尺寸的纯石墨坩埚；
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s2：定制圆棒，其成分与增强颗粒一致；
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s3：将圆棒放入石墨坩埚中，在电阻炉中以700～750℃加热30～60分钟，完成圆棒和坩埚的预热。然后，将熔化后的纯铝或铝合金基体浇入到预热过含有圆棒的坩埚中，在700～750℃下保温2～3h，并施加超声处理 10～20min，冷却成型后取出，制得颗粒增强铝基复合材料界面的拉伸试样；
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s4：在拉伸强度试验机上对试样进行拉伸测试，拉伸速率设定为1 mm/min，经计算即可得到界面的抗拉强度。
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本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
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1.本发明中颗粒增强铝基复合材料界面制备过程中，所需设备简单，费用低，易于实现。
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2.通过本发明提供的颗粒增强铝基复合材料界面制备方法，测试试样制作工艺简单，步骤少效率高，适用性好。
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3.本发明中颗粒增强铝基复合材料界面结合强度测试过程中，将界面微观力学问题宏观化，所需设备简单，测试成本低，测定结果可为制备高性能pamcs性能优化提供直接数据参考。
附图说明
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下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
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图1为本发明复合材料界面制备示意图。
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附图标记说明：1、纯铝或铝合金基体；2、结合界面；3、增强颗粒同成分的圆棒；4、坩埚，5、电阻炉。
具体实施方式
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为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步详细地说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。
[0018]
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。
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实施例一
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一种b4c陶瓷颗粒增强铝基复合材料界面制备及其强度测试方法，包括以下步骤：
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s1：定制纯石墨坩埚，外径20mm，内径14mm，内高60mm，外高 70mm，底厚10mm；
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s2：定制b4c圆棒，成分与复合材料b4c颗粒增强相一致，直径14mm，高30mm；
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s3：选择高纯铝(纯度≥99.99％)作为基体，将b4c圆棒放入坩埚中，在电阻炉中以730℃预热60分钟；同时将另一电阻炉打开，把高纯铝放入电阻炉中的石墨坩埚中，升温至720℃，待高纯铝完全熔化，再将铝液浇入到预热过的含有b4c圆棒的坩埚中，在750℃下保温3小时，并施加超声处理20min，冷却成型后取出，得到b4c/al复合材料界面的拉伸试样；
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s4：将试样去除毛刺，在拉伸强度试验机上以1mm/min的拉伸速率，对试样进行拉伸测试，经过计算即可得到其界面抗拉强度为47mpa。
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实施例二
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一种sic/a356复合材料界面制备及其强度测试方法，括以下步骤：
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s1：定制纯石墨坩埚，外径18mm，内径12mm，内高60mm，外高 70mm，底厚10mm；
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s2：定制sic圆棒，成分与复合材料sic颗粒增强相一致，直径12mm，高30mm。
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s3：选择商用a356铝合金作为基体；将棒状sic增强体放入石墨坩埚中，在电阻炉中以720℃预热30分钟。同时打开，把a356块体放入另一电阻炉的石墨坩埚中，升温至700℃，待a356块体完全熔化后，将铝液浇入到预热过含有sic圆棒坩埚中，在730℃下保温2小时，并施加超声处理15min，冷却成型后取出，得到sic/a356复合材料界面的拉伸试样。
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s4：去除试样的毛刺，在拉伸强度试验机上以1mm/min的拉伸速率，对试样进行拉伸测试，经过计算即可得到其界面抗拉强度为153mpa。
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综上所述，按本发明方法所制备的颗粒增强铝基复合材料界面明确，增强相与基体结合良好，制备工艺简单，易于操作，界面结合强度测试方法准确，高效，易于实现。
[0032]
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
[0033]
上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。