碳化硅增强铝基复合材料显微组织分析中期报告

中期报告

题目：碳化硅增强铝基复合材料显微组织的

分析

1．设计（论文）进展状况

1.1实验材料

本实验采用的碳化硅增强铝基复合材料各元素含量见表1，表2

表1：本实验用碳化硅增强铝基复合材料试样1化学成分（wt%）元素SiC Al Mg 含量/ wt% 10 87 3

表2：本实验用碳化硅增强铝基复合材料试样2化学成分（wt%）元素SiC Al Mg 含量/ wt% 15 80 5

本实验考虑球磨比1:4配料所得的各成分加入量见表3，表4

表3：配料计算（g）

元素SiC Al Mg

加入量/g 24 208.8 7.2

表4：配料计算（g）

元素SiC Al Mg

加入量/g 36 192 12

1.2实验设计

为使实验具有对比性，首先金相分析其显微组织，其次对SiCp/Al的表面硬度、孔隙率的测量。本实验采用的试棒使用的是粉末冶金工艺，先用球磨机球球磨处理高温处理后结块的碳化硅，时间为45min。目的是把结块的碳化硅打碎。用烘干箱烘干SiC粉末和Al粉末、Mg粉末，目的是确保原材料干燥，混料是不形成结块，易于冷压成型。然后在WE-30型万能材料试验机上进行冷压，压力：600MP，时间：3min。最后将冷压好的试棒放入西安工业大学自制热压机进行热压。

1.3试样制备

1.3.1金相试样的制备

将热压后的试棒进行表面处理。金相试样制备流程如下：

（1）取样：选择合适的、有代表性的试样是进行金相显微分析的极其重要的一步，包括选择取样部位、检验面及确定截取方法、试样尺寸等。

（2）磨制：分粗磨和细磨两步。粗磨目的是将切割后试样的切痕等粗略磨掉，为细磨做准备；细磨目的是将已露金属表面上的划痕逐一磨掉，依次使用240#、600#、800#、1000#和1200#水砂纸研磨。

（3）抛光：目的为去除金相磨面上因细磨而留下的磨痕，使之成为光滑、无痕的镜面。金相试样的抛光可分为机械抛光、电解抛光、化学抛光三类。机械抛光简便易行，应用较广。本实验采用机械抛光。

（4）腐蚀：试样机械抛光后，在显微镜下，只能看到光亮的磨面及夹杂物等。要对试样的组织进行显微分析，还必须让试样经过腐蚀。常用的腐蚀方法有化学腐蚀和电解腐蚀。本实验对合金试样用4%硝酸腐蚀液进行化学腐蚀，再用清水冲干净后在表面上喷无水乙醇，用吹风机吹干表面，最后分别观察碳化硅增强铝基复合材料显微组织图1.1，图1.2，图1.3，图1.4，图1.5，图1.6。

1.3.2布氏硬度测定

（1）取试样，用布氏硬度机进行测定。

（2）测试用硬度机压头为球形，球径Φ5mm采用250g压力，负载时间15s。在每个试样上打六个点，先取其中三个相近的硬度值，之后取三个数值的平均值作为该材料的硬度。

1.3.3孔隙率

（1）测密度ρ

采用标准阿基米德法来测量热压和冷压复合材料样品的密度，测量方法如下：1）首先称得试样在空气中的质量，记下数据m；

2）然后将试样涂上一层凡士林（目的是封住试样表面的气孔，防止在水中测量试样的质量是试样浸水），测量涂凡士林之后试样在空气中的质量，记下数据m1；

3）将涂抹凡士林之后的试样放入水中，称取其质量，记下数据m2。

样品的密度计算公式为ρ

样=m ρ

水

/(m1-m2) (ρ为试样的密度，g/cm3；ρ水

=0.998g/cm3)

（2）孔隙率θ

1）计算孔隙率的公式：θ=（ρ理-ρ样）/ρ理×100%；

2）用浮力公式F浮=ρ水V g, F浮= (m-m2)×g，计算V；

3）ρ理用复合材料各个元素所含比重乘以各自的密度再乘以m所相加的得数除以V，得出ρ理。

1.4实验设备

抛光机；布氏硬度机；金相显微镜等。

1.5已获得的数据

下列实验数据仅进行初步处理：

（1）硬度的计算

表5：试样1布氏硬度测定数据

编号 1 2 3 4 5 6

Φ（mm） 2.48 2.47 2.45 2.35 2.38 2.39 HB 48.4 48.8 49.7 54.3 52.8 52.4

HB的平均值为：48.9

表6：试样2布氏硬度测定数据

编号 1 2 3 4 5 6

Φ（mm） 2.58 2.56 2.54 2.57 2.59 2.52 HB 44.4 45.2 45.9 44.8 44.0 46.7

HB的平均值为：44.4

（2）孔隙率的计算

试样1（10%SiC、87%Al、3%Mg）

1）冷压下，m =20.8244g ；m1 =21.0517g ；m2 =12.7962g 。ρ样= 2.5174g/cm3；V =8.0443cm3；ρ理=6.9952g/cm3；θ =6.40% 。

2）热压下，m =22.3603g ；m1=22.5555g ；m2=13.7649g 。ρ样=2.5386g/cm3；V =8.6129cm3；ρ理=7.0154g/cm3；θ =6.38% 。

（3）金相照片

试样1的金相照片：

图1.1热压的SiCp/Al的金相显微照片（100倍）

图1.2热压的SiCp/Al的金相显微照片（200倍）

图1.3热压的SiCp/Al的金相显微照片（500倍）试样2的金相照片：

图1.4热压的SiCp/Al的金相显微照片（100倍）

图1.5热压的SiCp/Al的金相显微照片（200倍）

图1.6热压的SiCp/Al的金相显微照片（500倍）

由图所示，可观察到颗粒SiC分布均匀，但出现少量的团聚现象，产生团聚现象的原因是在球磨时SiC粉末，Al粉末和Mg粉末搅拌不均匀。解决方法：在球磨过程中要进行充分均匀地搅拌；本实验球磨机的转速150转/min和球磨的时间90min，所以在后期实验中要改变球磨机的转速和球磨的时间。

2、存在问题及解决措施

由于打磨试棒表面操作不够熟练，导致表面产生很多划痕，使后期抛光进程进行缓慢，金相显微照出的照片不太理想。解决措施：尽量在打磨的过程中减少表面划痕，为后期抛光打好基础，得出理想的金相照片。