第 6 章 金属基复合材料的腐蚀
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现代科学的发展和技术的进步,对材料性能提出了更高的要求,往往希望材料具有某些特殊性能的同时,又具备良好的综合性能。
传统的单一材料已经很难满足这种需要。
因此,人们将注意力转向复合材料,复合材料是指由两种或两种以上成分不同,性质不同,有时形状也不同的相容性材料以物理方式合理的进行复合而制成的一种材料。
其以最大限度的发挥各种材料的特长,并赋予单一材料所不具备的优良性能,复合材料的性能还具有可设计性的重要特征。
作为复合材料重要分支的金属基复合材料(MMCs),发展于20世纪50年代末期或60年代初期。
现代材料方面不但要求强度高,还要求其重量要轻,尤其是在航空航天领域。
金属基复合材料正是为了满足上述要求而诞生的。
1.金属基复合材料的分类金属基复合材料(Metal matrix Composite,简称MMCs)是以陶瓷(连续长纤维、短纤维、晶须及颗粒)为增强材料,金属(如铝、镁、钛、镍、铁、桐等)为基体材料而制备的。
金属基复合材料分为宏观组合型和微观强化型两大类。
前者指其组分能用肉眼识别和具备两组分性能的材料(如双金属、包履板等);后者需显微观察分辨组分以改善成分来提高强度为主要目标的材料。
根据用途分类:(1)结构复合材料:高比强度、高比模量、尺才稳定性、耐热性等是其主要性能特点。
用于制造各种航天、航空、汽车、先进武器系统等高性能结构件。
(2)功能复合材料:高导热、导电性、低膨胀、高阻尼、高耐磨性等物理性能的优化组合是其主要特性,用于电子、仪器、汽车等工业。
强调具有电、热、磁等功能特性。
(3)智能复合材料:强调具有感觉、反应、自监测、自修复等特性。
根据复合材料基体可划分为铝基、镁基、钢基、钛基、高温合金基、金属间化合物基及耐热金属基复合材料等。
按按增强体分类划分为颗粒增强金属基复合材料、层状增强金属基复合材料和纤维增强金属基复合材料。
2.金属基复合材料的性能特点与传统的金属材料相比,金属基复合材料具有较高的比强度与比刚度,而与高分子基复合材料相比,它又具有优良的导电性而耐热性,与陶瓷材料相比,它又具有较高的韧性和较高的抗冲击性能。
金属基复合材料的主要特点金属基复合材料(Metal Matrix Composites, MMCs)是一种由金属或合金作为基体,与一种或多种其他材料(如陶瓷、石墨、碳纤维等)作为增强相组成的复合材料。
这种材料结合了金属和非金属材料的优点,具有许多独特的性能特点。
以下将详细阐述金属基复合材料的主要特点,包括其力学性能、热稳定性、耐磨性、抗腐蚀性以及设计灵活性等方面。
一、优异的力学性能金属基复合材料最显著的特点之一是其优异的力学性能。
由于金属基体具有良好的韧性和塑性,而增强相则具有高强度和高刚度,因此金属基复合材料在保持金属基体良好塑性的同时,能够显著提高材料的强度和刚度。
这种优异的力学性能使得金属基复合材料在航空航天、汽车、机械等领域具有广泛的应用前景。
二、良好的热稳定性金属基复合材料通常具有良好的热稳定性,能够在高温环境下保持较好的力学性能。
这是因为金属基体本身具有较好的导热性和热膨胀性,而增强相则能够有效地阻碍热裂纹的扩展。
因此,金属基复合材料在高温环境下具有较好的结构稳定性和耐久性,适用于高温工况下的结构件和零部件。
三、出色的耐磨性由于增强相的加入,金属基复合材料的硬度和耐磨性得到了显著提高。
在摩擦过程中,增强相能够有效地承受和分散载荷,减少磨损和剥落。
因此,金属基复合材料在摩擦磨损严重的场合(如轴承、齿轮等)具有广泛的应用前景。
四、优异的抗腐蚀性金属基复合材料中的增强相通常具有较好的化学稳定性,能够有效地提高材料的抗腐蚀性能。
此外,通过合理的成分设计和表面处理,还可以进一步提高金属基复合材料的耐腐蚀性能。
这使得金属基复合材料在化工、海洋等腐蚀环境中具有广阔的应用前景。
五、设计灵活性高金属基复合材料的设计灵活性较高,可以通过调整基体和增强相的成分、含量和分布来实现对材料性能的定制和优化。
例如,通过改变增强相的种类、形状和取向,可以调整材料的强度和刚度;通过调整基体的成分和处理工艺,可以改善材料的塑性和韧性。
【复合材料概论】复习重点应试宝典第⼀章总论1、名词:复合材料基体增强体结构复合材料功能复合材料复合材料(Composite materials),是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的⽅法,在宏观上组成具有新性能的材料。
包围增强相并且相对较软和韧的贯连材料,称为基体相。
细丝(连续的或短切的)、薄⽚或颗粒状,具有较⾼的强度、模量、硬度和脆性,在复合材料承受外加载荷时是主要承载相,称为增强相或增强体。
它们在复合材料中呈分散形式,被基体相隔离包围,因此也称作分散相。
结构复合材料:⽤于制造受⼒构件的复合材料。
功能复合材料:具有各种特殊性能(如阻尼,导电,导磁,换能,摩擦,屏蔽等)的复合材料。
2、在材料发展过程中,作为⼀名材料⼯作者的主要任务是什么?(1)发现新的物质,测试其结构和性能;(2)由已知的物质,通过新的制备⼯艺,改变其显微结构,改善材料的性能;(3)由已知的物质进⾏复合,制备出具有优良性能的复合材料。
3、简述现代复合材料发展的四个阶段。
第⼀代:1940-1960 玻璃纤维增强塑料第⼆代:1960-1980 先进复合材料的发展时期第三代:1980-2000 纤维增强⾦属基复合材料第四代:2000年⾄今多功能复合材料(功能梯度复合材料、智能复合材料)4、简述复合材料的命名和分类⽅法。
增强材料+(/)基体+复合材料按增强材料形态分:连续纤维复合材料,短纤维复合材料,粒状填料复合材料,编织复合材料;按增强纤维种类分类:玻璃纤维复合材料,碳纤维复合材料,有机纤维复合材料,⾦属纤维复合材料,陶瓷纤维复合材料,混杂复合材料(复合材料的“复合材料”);按基体材料分类:聚合物基复合材料,⾦属基复合材料,⽆机⾮⾦属基复合材料;按材料作⽤分类:结构复合材料,功能复合材料。
5、简述复合材料的共同性能特点。
(1)、综合发挥各组成材料的优点,⼀种材料具有多种性能;(2)、复合材料性能的可设计性;(3)、制成任意形状产品,避免多次加⼯⼯序。