金属基复合材料基体.docx
金属基复合材料金属基体基体材料的主要有铝及铝合金、镁合金、钛合金、银合金、钢与铜合金、锌合金、铅、钛铝 金属间化合物等。功能金属基复合材料主要选用的金属基体是纯铝及铝合金、纯铜及铜合 金、银、铅、锌等金属。基体铝基、镁基、锌基、铜基、钛基、铅基、馍基、耐热金属基、金属间化合物等复合材料。 目前以铝基、镁基、钛基复合材料进展较为成熟。高比强度、高比模量、尺寸稳定性、耐热性好、高导热导电性、低膨胀、高阻尼、耐磨性。 用于高性能结构件、电子、仪器、汽车等工业。 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、而银、钻基复合材料可在1200使用。1 ,铝和铝合金铝 面心立方点阵。密度2.72g/cm3,熔点660C,导热和导电性能极好，化学性质活泼， 但在大气中具有很好的抗腐蚀性（酸碱除外）。具有很高的塑性和低强度，加工性能好。铝 是一种低密度、较高强度和具有耐腐蚀性能的金属。在实际使用中，纯铝中常加入锌、铜、 镁、镒等元素形成合金，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Al-Cu-Mg和AlZnMgCu等沉淀硬化合金。在实际使用中，纯铝中常加入锌、铜、镁、锦等元素形成合金。铝的合金元素往往依据实 际对复合材料性能要求而定。铝合金密度2.52.88g/cm3,熔点降低，与掺如合金元素有关， 都低于纯铝。具有密度小、塑性和韧性良好，易加工性、工程牢靠性及价格低廉等优点，为其在工程上应用制造了有利的条件。与纯铝相比，铝合金具有更好的综合性能。选择何种 铝合金做基体，那么依据实际中对复合材料的性能需要来打算碳纤维增加铝基复合材料中，在纯铝中加入少量的Ti, Zr等合金元素可明显改善复合材 料的界面结构和性质，大大提高复合材料的性能。为航空和航天工业开发出的Al-Li系列合 金，进一步提高了铝的弹性模量，降低了材料的密度。硼铝的弹性模量接近各向同性，非轴向强度也较高，横向抗拉强度和剪切强度大约与铝 合金基体的强度相等。比树脂基材料可能到达的强度要高得多。硼一铝复合材料还具有高的导电件和导热性、塑性和韧性、耐磨性、可涂复性、连接性、 成型性和可热处理性及不行燃性。高温性能和抗湿力量对于工程结构的耐久性也经常是重要 的。2 .镁和镁合金基体复合材料铝、镁基复合材料用于450 以下，属于低温复合材料主要是以合金的形式被广泛的应用。例如，用于航天飞机、人造卫星、空间站、汽车发动机 零件、刹车盘等，并已形成工业规模生产.常用的镁合金主要包括Mg-Mn, Mg-AI-Zn, Mg-Cr等耐热合金，可作为连续或不连续纤维复合材料的基体。镁作用：削减晶间腐蚀细化合金组织，从而增加合金的强度改善合金的抗磨损性能不利： 含镁量0.08%时，产生热脆、韧性下降、流淌性下降。易在合金熔融状态下氧化损耗。3 .钛及钛合金钛密度4.4 g/crrP, 0.钛：六方密排结构，低于885时稳定；3-钛：体心立方，高 于885时稳定，熔点16780c,导热性好，热膨胀系数小。塑性好，延长率可达5070%。 力学性能明显高于铝和镁。化学性能活泼，易与氧、氢、氮、碳发生化学反响形成稳定的化 合物，极难提炼。在海水中具有极高的抗腐蚀性。在室温下对不同浓度的酸、碱的抗腐蚀性， 但是不耐氢氟酸.退火适用于各类钛及钛合金，而且是 型钛合金和 稳定化元素较少的和+型钛合金的唯一热处理方式。退火的目的是消退内应力，提高塑性和稳定组织及消退 加工硬化。应力退火温度一般为450 650 C,空冷；再结晶温度为750 800 C,空冷。比任何其它的结构材料具有更高的比强度。在中温时比铝合金能更好地保持其强度。钛 基复合材料中最常用的增加体是硼纤维，是由于钛与硼的热膨胀系数比拟接近。4 .银及银合金密度8.9g/cm3,熔点1455C。有铁磁性和延展性，导电和导热性能好，力学性能明显好 于铝和镁。常温下，耐碱、盐溶液。用来制造不锈钢和其他抗腐蚀合金，也作加氢催化剂和 用于陶瓷制品等。加入鸽、铝、钻、铭、银等合金元素，使用温度可达6501000,具有较高的强度、 良好的抗氧化和抗燃气腐蚀力量，用于制造燃气涡轮发动机的燃烧室等。用铝丝、铉铝丝增 加银基合金还可以大幅度提高高温性能。在低温（450度）时，使用镁、铝基体的复合材料；用于4501000C时，使用钛基复 合材料，具有密度小、耐腐蚀、耐氧化、强度高等优点；高温（1000）复合材料，主要 有银基、铁基、铜基和金属间化合物为基体的复合材料，目前比拟成熟的是银基复合材料. 用铁、银作为基体，碳纤维作为增加物是不行取的。由于Ni, Fe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，使复合材料性能恶化。5 .铜及铜合金密度8.94g/cm3,熔点1080C。导电导热性好。铜的塑性好，强度和弹性模量不高，热膨胀 系数大，简单铸造和加工。铜在复合材料中的主要用途是作为银基超导体的基体材料。铜作用：1.增加合金的硬度 和强度；2.改善合金的抗磨损性能；3.削减晶间腐蚀。不利：1.含铜量超过1.25%时，使压铸件尺寸和机械强度因时效而发生变化；.降低合金的可延长性。6 .锌是一种银白色的金属，具有金属光泽。熔点419摄度，密度7.14g/cm3,标准电极电位 为-0.76V,是较活泼的金属之一。锌的晶体结构为密排六方，随着温度上升，显示出同素异 构转变。锌涂层外观呈暗白色，涂层密度一般为6.27g/cm3,是热喷涂防腐蚀施工中使用最早, 且最多的涂层材料。但是在硫或氧化物污染的空气中锌涂层不具有耐蚀性。虽然锌的钝化用 很小，但在辂酸盐溶液中却能显著钝化，生成铭酸锌保护膜。7 .金属间化合物通常是一些高温合金（如硅化物、铝化物、镀化物等），使用温度可达1600o兼有金 属的塑性和陶瓷的高温强度。打算金属间化合物相结构的主要因素有电负性、尺寸因素和电 子浓度等 金属间化合物种类繁多，而用于金属基复合材料的金属间化合物通常是一些高温 合金，如铝化银，铝化铁、铝化钛等，使用温度可达1600。在这些高温合金的晶体结构 中，原子主要以长程有序方式排列。由于这种有序在金属间化合物中发生位错要比在无序合 金中受到更大的约束，因此能使化合物在高温下保持强度。使用温度界于高温合金和高温结构陶瓷之间。依据其组成，A、B两元之间可形成AB、 A2B、A3B. A5B3、A7B6等化合物；依据组成元素，可分为铝化物、硅化物和皱化物。韧性 低。典型的金属基复合材料一一硬质合金 硬质合金是指以一种或几种难熔碳化物（如碳化鸨、碳化钛等）的粉末为主要成分，加人起 粘结作用的金属钻粉末，用粉末冶金法制得的材料。1、硬质合金的性能特点:硬质合金硬度极高，高于任何一种钢，且热硬性、耐磨性好，一般 做成刀片，镶在刀体上使用。脆性大。（1）鸨钻类硬质合金：碳化鸨和粘结剂钻，其牌号是由“YG”（“硬、钻”两字汉语拼音字 首）和平均含钻量的百分数组成（YG8表示Co的质量分数为8%的鸨钻类硬质合金）。（2）鸨钛钻类硬质合金：碳化鸨、碳化钛及粘结剂钻，其牌号由“YT”（“硬、钛”两字汉 语拼音字首）和碳化钛平均含量组成（YT15表示TiC的质量分数为15%的鸨钻钛类硬质合 金） 金属基复合材料成型方法：成型方法铝合金一固态、液态、原位生长、喷射成型法镁合金液态法钛合金 一一固态、液态法、原位生长法高温合金一一原位生长法金属间化合物 一一粉末冶金、原位生长法
