第2章复合材料基体材料分析.ppt

但对于非连续增强(颗粒、晶须、短纤维)金属基复合材料，基体是主要承载物，基体的强度对非连续增强金属基复合材料具有决定性的影响。因此要获得高性能的金属基复合材料必须选用高强度的合金为基体，这与连续纤维增强金属基复合材料基体的选择完全不同。如颗粒增强铝基复合材料一般选用高强度的铝合金为基体，如A365，6061，7075等高强铝合金。 总之，针对不同的增强体系，要充分分析和考虑增强物的特点来正确选择基体合金。 （3）基体金属与增强物的相容性 再者，由于基体金属中往往含有不同类型的合金元素，这些合金元素与增强物的反应程度不同，反应后生成的反应产物也不同，需在选用基体合金成分时充分考虑，尽可能选择既有利于金属与增强物浸润复合，又有利于形成合适稳定的界面的合金元素。 （3）基体金属与增强物的相容性 铁、镍等元素是促进碳石墨化的元素，用铁、镍作为基体，碳(石墨)纤维作为增强物是不可取的。铁、镍元素在高温时能有效地促使碳纤维石墨化，破坏了碳纤维的结构，使其丧失了原有的强度，做成的复合材料不可能具备高的性能。 （3）基体金属与增强物的相容性 在选择基体时应充分注意与增强物的相容性(特别是化学相容性)，并考虑到尽可能在金属基复合材料成型过程中，抑制界面反应。例如，可对增强纤维进行表面处理或在金属基体中添加其他成分，以及选择适宜的成型方法或条件缩短材料在高温下的停留时间等。 2.结构用金属基复合材料的基体 用于各种航天、航空、汽车、先进武器等结构件的复合材料一般均要求有高的比强度和比刚度，因此大多选用铝及铝合金、镁及镁合金作为基体金属。目前研究发展较成熟的金属基复合材料主要是铝基、镁基复合材料，用它们制成各种高比强度、高比模量的轻型结构件，广泛的用于宇航、航空、汽车等领域。 2.结构用金属基复合材料的基体 在发动机，特别是燃气轮机中所需要的结构材料是热结构材料，要求复合材料零件在高温下连续安全工作，工作温度在650-1200 ℃左右，同时要求复合材料有良好的抗氧化、抗蠕变、耐疲劳和良好的高温力学性质。 2.结构用金属基复合材料的基体 铝、镁复合材料一般只能用在450℃左右，而钛合金基体复合材料可用到650-1200℃ ，而镍、钴基复合材料可在1200℃使用。最近正在研究的金属间化合物为热结构复合材料的基体。 结构复合材料的基体大致可分为轻金属基体和耐热合金基体两大类。 铝及其合金: 铝是一种低密度、较高强度和具有耐腐蚀性能的金属。熔点为580?C，密度2.7g/cm3。塑性优异，导热、导电性能好；化学活性高，强度不高。在实际使用中，纯铝中常加入锌、铜、镁、锰等元素形成合金，由于加入的这些元素在铝中的溶解度极为有限，因此，这类合金通常称为沉淀硬化合金，如A1--Cu--Mg和A1--Zn--Mg--Cu等沉淀硬化合金。 可分变形铝合金和铸造铝合金 (Z L)。变形铝合金可分为: 防锈铝(LF)、硬铝（LY）、超硬铝(LC)、锻铝（LD）。 镁及其合金: 镁具有密排六方结构，密度为1.74g/ cm3。 镁的强度和模量都很低，但比强度、比模量较高。 其室温和低温塑性较低，但高温塑性好，可进行各 种形式的热变形加工。 镁是一种比铝更轻的金属，但镁的机械性能较差，因此，通常是在镁中加入铝、锌、锰、锆及稀土元素而形成镁合金。 镁的合金化也是利用固溶强化和时效强化来提高合金的常温和高温性能。其合金化元素有铝、锌 、锆、锰和稀土等。镁合金主要有Mg-AL-Zn系和 Mg-Zn-Zr系，分变形镁合金和铸造镁合金。 ★ 固溶处理： 是指通过加热使合金中第二相完全溶入?相中，并通过扩散均匀化，以固溶强化方式强化合金。 ★ 淬火： 是指固溶处理后用水或其它介质将合金急冷至室温，获得最大饱和度的均匀固溶体。 ★ 时效处理： 指通过过饱和度固溶体的分解,析出介稳定的第二相(过渡 相)并弥散分布。通过时效铝合金的强度和硬度明显提高。 常用的铝合金、镁合金的成分和性能 钛合金的成分和性能 为了获得高强度与高蠕变抗力，合金元素必须保证产生在高温下强而稳定的显微组织。 强化方式：固溶强化、弥散强化和析出硬化。例如：奥氏体基体和弥散分布于其中的强化相形成高温合金。其中：强化相可以是碳化物相、金属间化合物相或稳定化合物质点。 ★ 镍基合金：用来制造使用温度更高的、受力苛刻的热端部件，如涡轮叶片、导向叶片、燃烧室等。 ★ 钴基高温合金：广泛用作导向叶片，具有良好的抗热腐蚀性和抗冷热疲劳性能。 ★ 铁基高温合金：可做中温使用的部件，如700?C以下使用的发动机涡轮盘，作为高温板材的固溶强化型铁基高温合金的使用温度在 900?C 以下。 （3） 功能用金属基复合材料的基体 功能用金属基