袁振江論文開題報(bào)告

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1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告題目高強(qiáng)鋁合金碳納米管表面強(qiáng)化FSP工藝研究專業(yè)名稱焊接技術(shù)與工程班級(jí)學(xué)號(hào)07014241學(xué)生姓名袁振江指導(dǎo)教師徐衛(wèi)平填表日期2011年3月2日一選題的依據(jù)及意義攪拌摩擦加工(Frictionstirprocessing,簡稱FSP),它是由攪拌摩擦焊演變而來的一種固態(tài)連接技術(shù)，并已廣泛應(yīng)用于鋁合金口小。在許多研究中已證明攪拌摩擦加工對(duì)鋁、鎂合金的連接比傳統(tǒng)的連接方式有較大的優(yōu)勢(shì)，而且，對(duì)攪拌摩擦加工過程中攪拌摩擦區(qū)微觀組織的研究已經(jīng)證實(shí)劇烈的塑性變形導(dǎo)致產(chǎn)生細(xì)小的再結(jié)品品粒⑼。近年來，

2、FSP技術(shù)已經(jīng)在高強(qiáng)鋁合金和鑄態(tài)鋁合金方面得到應(yīng)用，效果十分顯著，使合金性能得到很大程度的提高[10-ll]o相對(duì)其它I古I態(tài)加工技術(shù)，F(xiàn)SP具有不受工件形狀和加工環(huán)境的限制，而且工藝簡單、快速以及對(duì)設(shè)備要求低等優(yōu)點(diǎn)，是一種安全、環(huán)保、低成本的新型技術(shù)。因此，如果采用FSP技術(shù)將CRTs添加到高強(qiáng)鋁合金表面，將有可能提高材料的性能，述能降低成本。碳納米管(CarbonNanotubes,CNTs)是一類新型碳材料，是由單層或多層石墨片卷曲而成的中空無縫管狀納米結(jié)構(gòu)。01991年lijima[48]發(fā)現(xiàn)以來，其制

3、備、表征和應(yīng)用研究引起人們的極大興趣。碳納米管具有極高的強(qiáng)度、彈性模量和韌性。研究表明，其強(qiáng)度的理論計(jì)算值為鋼的100倍，但其密度僅為鋼的1/6。其彈性模量平均值可達(dá)1?8Tpa,最高值可達(dá)5Tpa,與金剛石的彈性模量幾乎相同，約為鋼的5倍。其彈性應(yīng)變約為5%,最高可達(dá)12%,約為鋼的60倍，被譽(yù)為超級(jí)纖維，因此碳納米管常用作復(fù)合材料的增強(qiáng)體。碳納米管以其特殊的結(jié)構(gòu)，優(yōu)異的性能，極其廣泛的應(yīng)用范圍和極具潛力的應(yīng)用價(jià)值，吸引了全世界科學(xué)家的關(guān)注。碳納米管做為增強(qiáng)體添加到鋁基復(fù)合材料中將提高各個(gè)方面性能。這將大大拓

4、寬鋁材在航空航天、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域中的應(yīng)用范圍。目前制備鋁基復(fù)合材料通常采用的方法主要有熱壓法、真空吸鑄法、粉末冶金燒結(jié)法、半I古I態(tài)鑄造法等，但各有其局限性，如熱壓法和真空吸鑄法，設(shè)備需耍特殊的高壓和真空環(huán)境;粉末冶金法受溫度、壓力和設(shè)備等的限制；半I古I態(tài)鑄造法，設(shè)備要求高。長期以來，國內(nèi)外都在致力于尋找出一種實(shí)用、簡單和效果良好的制備工鋁基復(fù)合材料因其具有密度低、重量輕，制備工藝簡單，成本低，耐腐蝕和加工性能好等優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用于航空、航天等各個(gè)領(lǐng)域，尤其是高強(qiáng)鋁合金材料因其優(yōu)良的力學(xué)性能和顯著的減重效

5、果，在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用，并在航空航天工業(yè)上廣泛應(yīng)用于制造飛行器的關(guān)鍵構(gòu)件和部件。但高強(qiáng)鋁合金對(duì)應(yīng)力集中比較敏感，易發(fā)生疲勞斷裂，致使許多重耍零件發(fā)生失效，所以對(duì)高強(qiáng)鋁合金材料進(jìn)行表面強(qiáng)化以提高抗疲勞強(qiáng)度和耐磨性將擴(kuò)大其在航空及其它結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域中的應(yīng)用。本次試驗(yàn)以LC9超碩鋁合金為研究對(duì)象，采用FSP技術(shù)將碳納米管粉末添加在LC9超碩鋁合金板材的表面，并在其表層形成碳納米管鋁基復(fù)合材料，表面強(qiáng)化高強(qiáng)鋁合金材料。這對(duì)有效利用FSP技術(shù)，提高高強(qiáng)鋁合金抗疲勞強(qiáng)度、耐磨使用性能，促進(jìn)高強(qiáng)鋁合金在飛行器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)承力

6、零部件質(zhì)量安全可靠性、延長其使用壽命，有著重要的科學(xué)意義和現(xiàn)實(shí)意義。如果本次試驗(yàn)成功，將擴(kuò)大LC9超碩鋁合金在航空及其它領(lǐng)域結(jié)構(gòu)材料中的應(yīng)用。二國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)超碩鋁合金為鋁、鋅、銅、鎂系合金。這類合金是室溫強(qiáng)度最高的鋁合金,經(jīng)【古I溶處理和時(shí)效后，其強(qiáng)度達(dá)680MPa,其比強(qiáng)度已相當(dāng)于超強(qiáng)度鋼，在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用，并在航空航天工業(yè)上廣泛應(yīng)用于制造飛行器的關(guān)鍵構(gòu)件和部件。如果能將碳納米管作為增強(qiáng)相加入到超硬鋁中將很大程度上改善其組織和性能擴(kuò)大其應(yīng)用范圍有著積極意義。目前，攪拌摩擦加工技術(shù)主要應(yīng)用在

7、材料微觀結(jié)構(gòu)改性、細(xì)品超塑性材料制備、復(fù)合材料制備等方面。2.1碳納米管的性能及運(yùn)用碳納米管的獨(dú)特結(jié)構(gòu)與其超強(qiáng)力學(xué)性能，用它對(duì)鋁基復(fù)合材料改性處理，理論預(yù)測(cè)可解決碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料中存在的三大問題，1、由于碳納米管管徑為納米級(jí)，其晶格缺陷比碳纖維小得多且其強(qiáng)度大大提高；2、由于碳納米管長徑比可達(dá)＞103,而長度可小到微米級(jí)甚至幾百個(gè)納米,其復(fù)合材料的各向異性會(huì)有極大的改善；3、由于碳納米管直徑小，表面積大，表面活性高，其與金屈基體間濕潤性比碳纖維好，且高溫穩(wěn)定，不易與基體金展反應(yīng)形成脆性界面。理論分析預(yù)測(cè)，

8、用碳納米管增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料，其強(qiáng)度可在1400MPa以上，彈性模量應(yīng)在200GPa以上，且可保持鋁基的高延展性，其性能將接近高性能合金鋼。這將大大拓寬鋁材在航空航天、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域中的應(yīng)用范圍。2.2攪拌摩擦加工在表面改性領(lǐng)域的應(yīng)用材料的許多重要性能如碩度、耐磨性、耐蝕性等都取決丁材料的表面性質(zhì)。近年來，研究人員開始嘗試?yán)肍SP對(duì)材料進(jìn)行表面改性。2.3鎂合金的表面改性高強(qiáng)鋁合金材