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铝铁双金属复合工艺与界面剪切性能研究
| 论文题名： | 铝铁双金属复合工艺与界面剪切性能研究 |
| 关键词： | 汽车轻量化;铝铁双金属材料;铝铁界面;微观结构;剪切性能 |
| 摘要： | 汽车轻量化是汽车制造业的重要发展方向之一。降低汽车自重，不但能减轻化石能源过度消耗以及环境污染问题，而且能提高汽车运行速率。铝铁双金属复合材料，融合了铁的高强度、高耐磨性、强减震性和铝的轻质、高热导率、高韧性、耐腐蚀性的优点，已得到汽车工业界的广泛关注。然而，铝熔体的强氧化性对铝铁冶金结合的巨大限制以及过厚或过窄的铝铁反应层对铝铁复合界面结合性能的不利影响，都限制了铝铁双金属复合材料在汽车工业中的广泛应用。剪切强度作为衡量铝铁界面结合性能的重要指标之一，在理论以及性能方面的报道是比较少的;界面形貌作为影响铝铁界面结合性能的重要因素，其相关研究也很少见。 我们研发了一种新型铝铁复合工艺，这种工艺由铸铁的表面处理、热浸镀Zn-0.2wt％Bi合金熔体、铝铁液固复合三部分组成。这种新工艺不但能使铝铁界面获得优良的冶金结合，也使铝铁界面剪切性能得到巨大的提高，界面剪切强度高达32 MPa。为研究这种新工艺对铝铁界面微观结构以及剪切性能的影响，我们将新工艺与热浸镀Al-7Si熔体、纯Zn熔体、Zn-2.2wt％Al熔体等复合工艺作对比，发现后三种复合工艺的铝铁复合界面的剪切强度分别约达11 MPa、19 MPa、22 MPa。研究结果表明新工艺对剪切性能的提升主要是因为形成了铝铁凹凸界面形貌;同时，四种工艺的对比结果也表明:过厚的铝铁界面反应层、块状铝铁相Al8Fe2Si、针状Al5FeSi对铝铁界面剪切性能的提升均有不利影响，然而凹凸界面形貌却对铝铁界面剪切性能起到巨大的提升作用。 我们研究了热浸镀Zn-0.2wt％Bi熔体参数（时间、温度）对铝铁界面微观结构以及剪切性能的影响。研究结果发现:在某些热浸镀参数作用下，铝铁金属间相出现在铝铁界面附近的石墨与铁素体界面处;随着石墨，铁素体界面处的铝铁金属间相含量增多，铝铁界面剪切性能呈降低趋势;Bi元素促进了Zn-Bi熔体在石墨，铁素体界面处形成了富锌区，为铝铁金属间相在石墨-铁素体界面的形成起到促进作用。 通过分析剪切性能的测试结果，我们发现凹凸界面形貌能够明显提高铝铁复合界面的剪切性能。因此，研究铝铁凹凸界面形貌的形成过程以及其对铝铁界面剪切性能的影响机制是非常有必要的。我们建立了一个微观示意模型，来阐明凹凸界面的形成过程;同时，我们也建立了一个力学模型，进一步理解凹凸界面提高剪切性能的机制。 |
| 作者： | 郭志林 |
| 专业： | 材料工程 |
| 导师： | 边秀房 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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