熔合剂改性对碳纤维增强5052铝合金层合板力学性能的影响

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:AdamMYS
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碳纤维增强铝合金层合板具有低密度、高比强度、优越的耐腐蚀性能及尺寸稳定性,在航空航天领域具有广阔应用前景,但因界面润湿性差或界面反应等问题,实现铝合金与碳纤维的直接高质量界面结合较困难,限制了其广泛应用。在Al基体与碳纤维间使用合金熔合剂解决界面结合问题是一种有效手段。Zn-8Al合金有较好的塑韧性及强度,能在较低温度下良好浸润碳纤维且与Al板形成有效界面结合。通过对熔合剂Zn-8Al合金化,可进一步改善其自身及层合板整体的力学性能。为此,本文选取添加Cu、Si合金元素及采用均匀化退火工艺对熔合剂进行改性,探究不同含量Cu元素、不同含量Si元素、不同时间均匀化退火对层合板力学性能的影响。本文采用磁悬浮熔炼炉进行Zn-8Al系熔合剂合金熔炼,通过铺层热压法制备层合板,以实现熔合剂与5052Al板的高质量界面结合。使用箱式电阻炉进行退火处理。使用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)观察微观组织形貌,使用能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对组织成分及物相进行分析,通过电子万能试验机及纳米压痕仪对层合板的拉伸力学性能及微区力学性能进行测试。研究结果表明:(1)Zn-8Al-XCu熔合剂组织由η(Zn)、α(Al)、ε(CuAl2)三种物相组成,从η(Zn)、α(Al)两相中析出的树枝状ε(CuAl2)组织与层合板力学性能紧密相关。随着Cu含量从1%增大到5%,ε(Cu Al2)逐渐增多并缠绕成网状,层合板的抗拉强度逐渐提高,伸长率先增大后减小。少量的ε(CuAl2)相能有效改善合金塑性,含量过高会降低层合板塑性。Cu含量3%时,层合板综合力学性能最佳,抗拉强度和伸长率分别达到315 MPa和1.31%。4%、5%Cu含量的熔合剂制备的层合板弹性模量明显变大,达到碳纤维增强的目的。(2)Si在Zn-8Al-XSi熔合剂中以单质硅的形式存在,Zn-8Al-XSi熔合剂组织中只有η(Zn)、α(Al)、Si三种物相。硬脆相Si直接影响层合板力学性能,Si含量从0.5%增大到2.5%过程中,层合板伸长率逐渐减小,抗拉强度先增大后减小。1%Si含量的层合板性能最佳,抗拉强度、伸长率分别达到365 MPa和0.78%。Zn-8Al-XSi熔合剂中Si含量应控制在1%以下。(3)随着均匀化退火时间增大,Zn-8Al-1Si熔合剂组织晶间偏析减缓,晶粒成分和尺寸均匀化程度提高。层合板抗拉强度降低,伸长率增大。晶粒成分均匀化是层合板塑性增强的决定因素。
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