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不要以为自己讨好迎合就能够获得父母的偏爱，事实却是该爱你的人自然会来爱你，不该爱你的人就不爱，这个人也包括你的父母。其他市场面，周一纽约商品交易所4月交割的黄金下跌30美元，跌幅为1.5%，收于每盎司1953.80美元。上周金价盘中一度突破2000美元。在线天堂8中文官网最新版-在线天堂8中文官网惫6.0.3...
二硼化钛颗粒增强铁基复合材料的制备及其性能研究2023-12-06 16:27·与君説引言在汽车轻量化背景下大多数汽车白车身采用（超）高强度钢即通过提高钢材的绝对强度而减小板材构件厚度的策略来实现防碰撞安全性和轻量化的平衡但增强减厚严重削弱材料的刚度导致材料承受负载时出现过度变形或振动极端情况下引发重大交通事故基于汽车材料轻量化提出的高模量钢用 Fe-TiB2 复合材料由于其具有高弹性模量、高比弹性模量、良好的界面强度等优点有望成为解决强度和刚度同步提高的新型轻量化材料但共晶凝固法制备的 Fe-TiB2 复合材料存在粗大初生 TiB2难以细化的问题影响复合材料强度和韧性的协同提高限制了其在高模量钢的进一步应用本研究旨在解决共晶凝固法制备的 Fe-TiB2 复合材料强度难以持续提高的问题课题背景及研究目的和意义在汽车轻量化方面实现轻量化的途径主要有三种[3]：（1）通过 CAE 软件对零部件进行结构优化[4-6]从而优化汽车动力提高燃油使用效率和减少气体排放（2）使用轻质材料降低整车质量以减少排放主要轻质材料包括铝合金、镁合金、碳纤维等尽管轻质金属材料在密度方面相比传统汽车用钢具有绝对优势可以大幅减轻汽车重量但高成本、低强度和焊接性能差等缺点仍然限制了它们在汽车领域的广泛应用（3）使用高强度钢（Advanced High Strength SteelAHSS）[7,8]AHSS 被广泛应用于汽车车身结构中它是通过提高钢材的绝对强度而减小板材构件厚度的策略来实现防碰撞安全性和轻量化的平衡此外图 1-1 给出了各类合金屈服强度、比屈服强度和拉伸塑性与铝合金、镁合金等轻质材料相比高强度钢还具备强度、塑性和成型性的优势[9]然而汽车的轻量化是综合耐撞性、刚度性能、强度性能、安全性以及经济性的系统性工程而非简单的减重传统轻量化材料设计重视强度而忽视刚度而刚度不足会导致运载工具承受负载时会出现过度变形或振动的情况影响运载工具的稳定性、安全性特别是在极端工况下易发生汽车侧翻等重大陆空事故造成严重的生命和财产损失颗粒增强相的选择选择合适的增强相是提高复合材料性能的重要前提对于陶瓷增强金属基复合材料应从增强相的密度、热膨胀系数、弹性模量、比刚度、应用成本以及颗粒与基体的润湿性等多方面进行选择[15]表 1-1 [16-19]给出了不同颗粒增强相的性能参数其中氧化物、碳化物、氮化物和硼化物是提高铁（Fe）基体模量、强度和磨损性能的常见材料从颗粒自身特性方面考虑这些颗粒（Al2O3、SiC、TiO2、TiB2、MgO）低密度、高硬度、高弹性模量更符合材料设计的要求对于增强相的选择除了自身特性基体和颗粒之间的界面强度是决定力学性能的重要因素[20,21]在界面结合强度较高的情况下可以促进基体到颗粒的有效载荷传递导致高加工硬化、高强度、良好的延展性和抗损伤性而界面结合强度很大程度上取决于颗粒与基体之间的润湿性通常来说氧化物和氮化物由于其在液态 Fe 中的溶解度有限和润湿性较差并且需要大量颗粒以实现高模量在性能改善方面效果并不显著；虽然碳化物的杨氏模量很高但它们在 Fe 基体中热力学不稳定易溶解于基体当中并产生复杂的铁化合物导致材料杨氏模量显著降低[22-26]Fe-TiB2复合材料界面优点界面强度、界面之间的应力分布状态、界面的化学反应、界面的热膨胀系数等都会影响复合材料的性能因此界面的研究是复合材料研究中的重要问题之一为了使复合材料具有良好的性能增强体与基体之间要有良好的界面结合由于 Fe的熔点较高在制备 Fe-TiB2 复合材料时TiB2颗粒与 Fe 基体容易发生严重的界面反应影响其性能因此在制备 Fe-TiB2 复合材料过程中提升 Fe-TiB2复合材料的润湿性及控制界面反应尤其关键对于利用共晶凝固法制备Fe-TiB2复合材料可通过对基体进行改性实现对界面反应的控制Cha[59]和 Lartigue-Korinek[60]均利用高分辨透射显微镜在原子尺度层面对该复合材料的界面结构进行表征结果表明 Fe-TiB2 界面平行于 TiB2 的棱柱面且(1?01)Fe 与(101?0)TiB2 形成半共格界面证实了 Fe-TiB2 复合材料具有良好的界面结合Huang[61]采用纳米压痕表征了 Fe-TiB2 复合材料界面强度研究显示 Fe-TiB2界面可以承受大的塑性变形且测得界面强度大于 TiB2颗粒强度这进一步佐证了Fe-TiB2 具有优异的界面结合强度Ke[45,46]采用 PM 制备了 Fe-TiB2 复合材料通过压缩试验中的断裂模式和硬度试验中的裂纹扩展证明间接证明了 Fe-5Ti 基体和 TiB2 之间的致密化和良好的界面结合又探究在不同保温时间下通过 TEM表征证实了 Fe-TiB2 在原子水平上的界面内聚力这是由于 Fe 的{110}平面与 Fe-TiB2 颗粒的{101?0}平面发生了特殊的定性作用关系有助于形成良好的界面固溶强化固溶强化是指在金属基体中加入其他元素使这些元素以固溶的形式存在于基体中与基体原子之间的相互作用来实现的[69]在固溶体中溶质原子与基体原子之间会发生化学键合从而改变了基体的晶格结构和原子排列方式这些改变会导致基体的强度和硬度改变从而实现固溶强化的效果在颗粒增强金属基复合材料中固溶强化通常是通过添加合金元素来实现的例如在 Fe 基复合材料中通常会添加镍（Ni）、铬（Cr）、钼（Mo）、硼（B）等元素来实现固溶强化这些元素会以固溶的形式存在于 Fe 基体中从而提高材料的强度和硬度不同结构尺寸下强化机制也不尽相同通常固溶强化和位错强化发生原子尺度范围（10-10m）而以位错切过或绕过的第二相强化主要发生在纳米尺度下（10-9m）其强化效果随着位错或者第二相尺寸的增加而增大需要注意的是当第二相颗粒达到一定比例时由于所引发的晶格畸变、应力场等综合作用材料内部的位错难以开动从而导致位错强化效果被削弱所以无论是固溶强化、位错强化还是纳米第二相强化都有一定的适用范围和局限性通常采用添加合金元素、引入第二相尺寸等综合的方式来保证复合材料的强化效果Fe-TiB2复合粉末的制备MA 工艺制备合金化粉末涉及到多个相互关联、相互作用的工艺参数所以这是一个非常复杂的工艺问题目前对 MA 工艺的研究还不够系统、全面在制备合金化粉末时需要选择合适的球磨转速、球料比、球磨时间等工艺参数以及过程控制剂MA 过程通过高能球磨方式可以让基体粉末与增强相颗粒快速混合将粉末的粒度细化从而提高材料的表面积和反应活性其次还可以促进化学反应的发生从而得到新的化合物或合金材料MA 参数的优化是材料获得优异性能的前提条件其中球料比、球磨转速和球磨时间是最关键的三个参数烧结温度对复合材料组织与性能的影响烧结温度是制备复合材料的首要因素烧结温度过高或过低都会对材料的性能产生不良影响当烧结温度过低时烧结不充分会导致材料的孔隙率增加从而影响材料的密度和力学性能当烧结温度过高时会导致晶粒长大使得材料的强度和韧性下降因此对于烧结复合材料的性能和应用选择适当的烧结温度具有重要意义图 3-9为 Fe-TiB2伪二元相图由图可知存在两个液相反应当温度高于 1170℃时Fe、TiB2与 Fe2B 发生共晶反应产生液相；当温度高于 1240℃时Fe 与 TiB2会发生液相反应；由文献[71,81,82]可知当温度高于 1320℃时Fe-Ti固溶体与 TiB2发生液相反应在烧结试验中由于使用石墨模具进行烧结实验粉末中的 Fe 会与石墨在 1148℃左右发生共晶反应表 3-1终结了 Fe-Ti-B 体系中涉及到的液相反应因此复合材料烧结温度的设定不得超过 1150℃并考虑到实验仪器的测温偏差设置最高烧结温度不超过 1100℃为了探究最佳烧结温度本小节采用 800℃、900℃、1000℃、1100℃四个烧结温度进行烧结实验分析复合材料的显微组织及力学性能结果得出最佳的烧结温度结 论本文采用粉末冶金法制备Fe-TiB2复合材料通过对复合材料的成分分析、显微组织表征、力学性能测试及断口形貌分析研究制备工艺参数、颗粒特征以及微量元素添加对 Fe-TiB2复合材料显微组织和力学性能的影响得到的结论如下：（1）通过机械合金化法制备 Fe-Ti 合金粉末结果表明最佳机械合金化参数为：球料比为 15:1、转速 450r/min、球磨时间 50h随后将 TiB2颗粒加入到 Fe-Ti 基体中进行放电等离子烧结最佳烧结参数：烧结温度 1100℃、保温时间 20min（2）小尺寸 TiB2（3?m）比大尺寸 TiB2（38?m）对复合材料的强化效果更好小尺寸 TiB2增强的复合材料抗压强度为 1520MPa屈服强度为 1202MPa延伸率为21.3%硬度为 382HV这是因为在颗粒体积分数一定时颗粒尺寸越小颗粒间距越小对位错移动的限制和钉扎作用也越强对基体的强化效果越显著参考文献[1] 杨素华. 汽车整车的轻量化技术研究[J]. 南方农机, 2019, 50(1): 46-47.[2] 钱余海, 吴庆芳, 雷浩. 汽车轻量化材料及工艺的研究进展[J]. 大众科技, 2022, 24(2): 49-2.[3] 范子杰, 桂良进, 苏瑞意. 汽车轻量化技术的研究与进展[J]. 汽车安全与节能学报, 2014, (1):1-16.[4] Zou R R, Fan Z W , Ge X H, et al. Topology Optimization on Bracket Side Panel of Beach Cleaner's Dumping Device[J]. Advanced Materials Research, 2012, 429: 67-71.[5] Kim C, Sun H. Topology Optimization of Gas Flow Channel Routes in an Automotive Fuel Cell[J].International Journal of Automotive Technology, 2012, 13(5): 783-789
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