文摘

正交试验设计,火花等离子烧结方法被用来创建碳化钨铝2025复合材料。压力,温度和保持时间都对复合材料的力学特性产生影响。压力对密度和抗弯强度的影响最大,其次是温度和保温时间。五分钟后的烧结在556°C下40 MPa, 50%碳化钨/ Al 2025复合材料生产,导致997.7%的密度和壮观的弯曲强度为766.65 MPa。本研究揭示了大容量比例混合支持巨大的负载的能力。

1。介绍

除了硅₃N₄、SiO₂,艾尔。₂O₃B₄C / Al、抽搐和WC, PAMCs研究,为他们杰出的机械、化学和电气特性(1,2]。由于其特殊的尺寸稳定性、高特定模数混合发展更重要的是在航空和微电子产品3- - - - - -5]。挤压或搅拌铸造、浇注、电力冶金、热压、少压力渗透都被用来创建碳化硅颗粒/铝复合材料[2 xxx6,7]。这些过程,很难限制毛孔,控制键和反应之间的接口,并与大量生产复合材料(8]。实验未能消除漏洞影响力学性能下降的有意义由于高温和真空热压持有时间太长。热压的拉伸性能,考察了碳化钨粒子/ 2009 aluminiummixtures作者(9摘要]。

火花等离子烧结似乎pressure-assisted脉冲电流法放入一个导电粉末的死和熔融压力梯度。可能采用的火花等离子烧结技术生产复合材料与低孔隙度和良好的力学特性(10,11]。这一过程升温速率大于标准的制备方法,制备温度较低,快速致密化的复合材料12]。改善界面结合,清洁表面,和较小的粒子大小都SPS的优点。50% WC / 6061复合材料,作者在13,14利用火花等离子烧结技术。因为它的密度和优异的基体之间的界面附件99.15%碳化钨,它拥有一个弯曲强度694 MPa。这些复合材料是由(15)使用SPS制造高密度40到55卷%碳化钨粒子/纯铝复合材料密度超过99% (16,17]。

田口方法的多因素正交试验设计,正交阵列作为基础(18- - - - - -20.]。很容易选择采样点都是分散在整个因素在多因素试验最佳效果的研究。进一步了解火花等离子烧结制备矿的处理因素₂硅碳化物陶瓷材料,总共四个处理变量在三个正交试验设计度检查21,22]。维氏硬度是决定28.5绩点在这复合理想的工艺条件。除了减少实验的数量,这种方法产生的数据(每个人都可以理解的23]。HfB工艺参数的影响₂,艾尔。₂O₃,ZrB₂的陶瓷,酚醛纤维被广泛探讨的文献使用正交试验设计(24,25]。生产50卷百分比碳化钨/ 2025 al复合材料尚未报道通过正交试验设计火花等离子烧结。碳化钨/ 2025与大量比例的碳化硅铝/碳化硅复合材料是本研究的重点,和机械研究来探讨复合材料的力学特性(26- - - - - -28]。是可行的比较各种因素的影响,在最佳烧结条件50卷百分比碳化钨/ 2025 al复合材料使用正交试验设计(如温度、压力、和保持时间)(29日]。除了大容量比例复合材料,这种方法的情报可用于其他大容量比例的材料(30.]。

2。材料和方法

2.1。材料

碳化钨- 2025 al粉10微米的粒子大小为原料。其化学组成是由铝和铜4.7%其余部分是由0.9%毫克,0.6%的铁、0.6%的硅,镁(质量分数)的0.1%。利用一个3:1 ball-to-powder weightage比率在氧化锆,行星在280 rpm球混合机跑2个小时把碳化钨和2025 Al粒子。粒子骨折或Al剥落并不明显粉当比较与2025年碳化钨粉。合并后的粉末烧结在石墨模具,预压10 MPa 5分钟与火花等离子烧结设备。评估各种变量的相对重要性在SPS,(表创建一个正交表1)。虽然红外测温仪测量温度最低的是100°C,仪器报告了100°C时,模具的温度低于所需的最小值。

2.2。描述和评价

使用一个通用的测试仪器,测试样品测量3×4×36毫米的弯曲率平均0.25毫米/分钟。电子分析天平是用来计算复合材料的密度。密实度和弯曲测试,至少五个样本采用(31日]。

3所示。结果与讨论

3.1。正交试验分析

L9表因其正交设计和指定三个烧结温度,保持时间和压力水平。表2揭示了L9正交阵列的分析结果。与K_ij(我= 1,2,3)和R作为关键因素,正交试验评估使用评价指标列在表中3。为了计算R之间的区别,这是列在相关方面,最高和最低值K_马克斯和K_最小值值利用。K_ij平均成绩的吗j^th年级(j= 1,2,3)。将由关联的最佳因素水平K值。的R可以显示多少价值K值不同。

WC / Al将函数更好的如果它有一个更大的密度和抗弯强度;因此,最大的K应该使用价值。这是确定一个2 (525°C),B1(3分钟)C2 (35 MPa)是最好的参数产生致密复合(35 MPa)。这些都是提高弯曲强度的最佳参数。各种影响WC / 2025 al复合的表示R价值。弯曲强度和密度影响最大的烧结压力,调查的持有时间和烧结压力,在这项研究中,B<一个<C。

正交试验分析无法预测准确的测试,因为它不知道多少改变了每个元素或是否有随机波动的发现,尽管它的简单。这是一个担心,在正交的研究中往往被忽视。测试结果受到一个方差分析来解决这个问题。使用SPSS统计数据进行实验方差分析。

每个组件是评估的重要性 为每个级别的结果。被认为是重要的,测试指标必须有一个影响值小于0.05。一个,B,C可以解释85.4%的密度变化表,表明哪一个R₂= 0.854。温度、时间和压力可能占88%的密度改变烧结过程中根据R₂= 0.984%。F= 1.891;P= 0.346; ;和F= 5.307; ;弯曲强度不改变烧结温度。烧结时间F= 0.388; 。一个错误的大小(df= 2)和低自由度(df= 2)意味着区分变量的测试是无效的。方差分析更高的平方和(SS)显示了更大的影响。C>一个>B:密度和抗弯强度最强烈影响烧结压力,而持有时间影响最小。

单一指数分析方法是利用之前发现和优化的完整方案,平均加权的方法通常是用来解决多指标正交试验问题。这个研究的发现是错误的因为这种方法没有考虑到差异和各种指标的相对权重。因此,矩阵方法研制了量化的程度影响每个目录和每个测试方面迅速建立的主要和次要顺序基于权重的组件。通过这种方法,确定最佳设计的问题多索引正交测试就被消除了。数据首先被组织成一个三层结构模型。实验指标层、组件层,平层组成的三层(年代)。公式给出了方程(1)- (3),相应地, 和 。

根据权重矩阵方程,(k)影响评价指标中列出以下方程:

密度是第一个成功的迹象在这个努力。方程(5)- (8)表明,计算权重矩阵(8),

weightage矩阵的五个指针,通过了《牛津英语词典》测试的总和K−D和K−废话,假设这五个指标的结果是同等重要的。计算的结果可能会出现在方程(1)。

因素一个1是0.1052,因素一个2是0.1056,因素一个3 = 0.1007;一个2是测试结果的最重要的因素。使用同样的分析,B1,C2具有最大的权重。因此,理想的正交试验方案一个₂B₁C₂,这意味着最优WC / 2025 al烧结工艺参数是550 C, 3分钟的时间,45 MPa的压力。根据(32)、锡材料合成在不同的温度下试样的径向方向。由于高温材料的中心,SPS与电隔离加固元素可以使铝基复合材料。基地将被驱逐出模数量巨大的洞后从模具。低速(500 rpm)和氧化锆研磨介质和容器保证粒子仍然保持原来的形式,没有任何杂质引入到环境。

高的力学特性可以通过强化结合职能矩阵PAMCs在正确的界面接口。高温度和压力是常用的传统技术(如挤压和搅拌铸造)使WC /铝复合材料;然而,这是由于两种材料润湿性有限。脆反应物像艾尔₄C₃和毫伽₂O₄因为这是很常见的。值得注意的是,材料性能、导热性和耐磨料腐蚀都是影响水解的鳞片状Al4C3。目前没有其他方法来防止生产基地₄C₃对密度有一个负面影响(如降低加工温度和保持时间)和性能(如添加Mg或Si或做与WC pre-oxidation治疗)。低温、短期SPS等制备方法已被描述在文献中是能够更容易产生界面产品均免费复合材料,根据文学。

图1描述了WC / 2025 al复合材料与变体SPS准备情况。总结它的整个行为的出现在桌子上2。

当加热到525°C下五分钟35 MPa,材料的弯曲强度766.65兆帕斯卡(一个₂B₃C₂)。烧结在550°C下5分钟30 MPa (一个₃B₃C₁)减少混合物的弯曲强度(584.83 mpa)和弹性(一个₃B₃C₁)由于材料的大洞。WC / Al 2025合并密度和接触配置是烧结温度的影响,根据Yu和同事。由于合金泄漏,材料的密度降低到96%左右,而强度降低了从367年到211年MPa在530°C。数据2(一个)和2 (b)的形式显示密度和抗弯强度值图。2分钟的时间后,WC / Al 2025从密度2.93克/厘米³2.94克/厘米³,这可能归因于熔融铝WC之间的空间,更大的洞,但不填充较小的。增加密度2.90克/厘米³发生在烧结温度达到570°C。弯曲强度从713.93 MPa下降到690.78 MPa,下降了3.2%,复合材料的密度是2.92克/立方厘米2和3分钟后举行。然而,保持5分钟,弯曲强度降至692.45兆帕斯卡,而密度提高到2.95克/厘米³。测试的敏感度低可能是由于实验的低自由度和大错误。一个40 MPa提高烧结压力提高了密度的0.34%,但降低了抗弯强度0.80%。图3显示了比较制备WC /铝复合材料弯曲强度和温度。

4所示。结论

50卷%碳化钨/ Al 2025复合使用火花等离子烧结在这个调查。当执行视觉、方差分析和矩阵分析,正交试验设计是用来找到最好的可能的每个索引的组合。从这个调查结果可以得出:(1)烧结压力、温度和保持时间对SPS密度和抗弯强度的影响。密度和强度增加,当压力和温度上升。(2)五分钟运行在525°C和35 MPa了碳化钨/ Al 2025结合密度99.7%和766.65 MPa弯曲强度。开发复合材料没有脆弱的界面产品,艾尔矩阵同样分散,强烈绑定的接口。材料的碳化钨颗粒粉碎,使粒子被吸引,导致材料断裂。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。进一步的数据或信息都可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者欣赏Hawassa大学的支持,埃塞俄比亚,手稿的研究和准备。作者感谢安贝德卡理工学院博士,Lendi工程技术研究所、政府工程学院完成这个实验工作提供帮助。