第五章復合材料基體(Matrix)材料 二、金屬

    二、金屬
    1、用于450 C以下的輕金屬基體(鋁、鎂及其合金)
    1-1  鋁及其合金:
    面心立方結構,無同素異構轉變。熔點為660C,密度2.7g/cm3。塑性優異,導熱、導電性能好;化學活性高,強度不高。鋁合金中常用的合金元素有銅、鎂、鋅、錳和硅等。 可分變形鋁合金和鑄造鋁合金(Z L)。變形鋁合金可分為: 防銹鋁(LF)、硬鋁(LY) 、超硬鋁(LC)、鍛鋁(LD)。
    固溶處理:是指通過加熱使合金中第二相完全溶入相中,并通過擴散均勻化,以固溶強化方式強化合金。
    淬火:是指固溶處理后用水或其它介質將合金急冷至室溫,獲得大飽和度的均勻固溶體。介穩定的第二相(過渡 相)并彌散分布。通過時效鋁合金的強度和硬度明顯提高。

    時效處理:指通過過飽和度固溶體的分解,析出介穩定的第二相(過渡 相)并彌散分布。通過時效鋁合金的強度和硬度明顯提高。


    1-2  鎂及其合金:
    鎂具有密排六方結構,密度為 1. 74g / cm3。鎂的強度和模量都很低,但比強度、比模量較高。其室溫和低溫塑性較低,但高溫塑性好,可進行各種形式的熱變形加工。
    鎂的合金化也是利用固溶強化和時效強化來提高合金的常溫和高溫性能。其合金化元素有鋁、鋅、鋯、錳和稀土等。鎂合金主要有Mg-AL-Zn系和Mg-Zn-Zr系,分變形鎂合金和鑄造鎂合金。


    2、用于450-700℃ 復合材料的金屬基體(鈦及其合金)
    鈦的密度為4.51g/cm3 ,熔點1678℃,熱膨脹系數7.3510-6/K,導電和導熱性差,耐腐蝕性良好。 鈦有兩種同素異構結構。882.5℃以下為密排六方結構(α-Ti);882.5℃ 以上至熔點為體心立方結構(β-Ti)。


    3、用于1000 C高溫復合材料的金屬基體
    3-1 高溫合金
    高溫合金是鐵基、鎳基和鈷基高溫合金的總稱,在高溫下具有很的持久、蠕變和疲勞強度。為了獲得高強度與高蠕變抗力,合金元素必須保證產生在高溫下強而穩定的顯微組織。強化方式:固溶強化、彌散強化和析出硬化。 
    例如:奧氏體基體和彌散分布于其中的強化相形成高溫合金。
    其中:強化相可以是碳化物相、金屬間化合物相或穩定化合物質點。
   鐵基高溫合金:可做中溫使用的另部件,如700℃以下使用的發動機渦輪盤,作為高溫板材的固溶強化型鐵基高溫合金的使用溫度在 900℃以下。


    鎳基合金:用來制造使用溫度更高的、受力苛刻的熱端部件,如渦輪葉片、導向葉片、燃燒室等。
    鈷基高溫合金廣泛用作導向葉片,具有良好的抗熱腐蝕性和抗冷熱疲勞性能。
    3 - 2  金屬間化合物 ( Intermetallic Compound )
    概念:金屬與金屬或金屬與類金屬之間形成的中間相化合物。決定金屬間化合物相結構的主要因素有電負性、尺寸因素和電子濃度等。金屬間化合物可分結構金屬間化合物和功能金屬間化合物兩大類。常見 AB、A2B、A3B、A5B3、A7B6型等化合物;根據組成元素,可分為鋁化物、硅化物和鈹化物。
    金屬間化合物晶體結構雖然復雜,但從原子結合上仍具有金屬特性。然而其電子云分布并非完全均勻,存在一定方向性,具有某種程度的共價鍵特征,導致熔點升高及原子間鍵出現方向性。金屬間化合物往往具有一定的固溶度,偏離當量成分,有序度降低,缺陷增加。
    例如:Ti-Al系金屬間化合物具有低密度、高強度、高剛度、以及良好的高溫、抗蠕變和抗氧化性能。Ti-Al系金屬間化合物一般分 2-Ti3Al和- TiAl兩類。