大學生創新創業大賽結題答辯稿

2021-03-03 23:14:19 字數 2532 閱讀 7089

(第九頁)

第三部分是關於我們的具體研究方法。研究方法我們尋則了文獻研究與實驗研究相結合的綜合研究方法。關於文獻,做實驗前,我們查閱了一些關於複合材料製備相關技術與工藝選擇的各類資料,也是前人給我們的經驗讓我們在專案初期省去了大量的時間與精力,我們是站在了巨人的肩膀上。

我們在鋼與鈦之間引入媒介金屬銅,改善其互溶性,製備除了九個工藝引數不同的試樣,其形貌示意圖如上圖,具體引數如下。(10頁)我們希望通過九個試樣來分析得出最優引數。

(第十一頁)

所謂第三組元誘導法具體是指使用真空熱壓擴散工藝,將鈦、銅、鋼置於真空環境下加熱至母材熔點以下溫度,同時加以壓力再經保溫形成冶金式結合介面的方法。我們在實驗中先選用了鋁作為中間層金屬,但由於鋁熔點過低,若在650度以下加熱,鈦與鋼未加熱到良好的擴散狀態,保溫冷卻後出現分層現象。高於650度加熱時,鋁出現融化現象,結合介面出現脆性。

最終選定銅作為中間層,實現鈦鋼複合材料形成穩定、連續的冶金式結合介面。

(第十二頁)

最後一部分由研究現狀與我們依據實驗得出的結論組成。本專案的大概過程如***所示,立項成功後的前期準備工作大約花費了四個月,之後的九個月我們都在製備試樣與對試樣做基礎力學測試。去年十月開始為期兩個月的介面測試與分析,如sem、金相組織分析等。

2023年12月至今,我們都在優化引數方案,整理實驗資料等。

(第十四頁)

按照實驗標準,製備拉伸試樣尺寸如圖所示(在黑板上畫圖)在載入速度為1mm/min的條件下進行拉伸實驗,拉伸後結果如左圖所示。鈦銅鋼層狀介面抗拉強度與擴散溫度、保溫時間的關係如下一頁所示。

保溫時間相同時,隨著燒結溫度的公升高,介面的抗拉強度隨之公升高。因為溫度低時,原子互擴散量少,抗拉強度低;而當溫度提高時,原子互擴散量提高,使抗拉強度公升高。

經700-820℃擴散溫度、120min保溫時間處理後,介面抗拉強度大約在100-175maps之間。在820℃擴散,隨著保溫時間的延長,雖然抗拉強度持續下降,但是其斷裂位置均位於基材鋼板一側,由此可證明a5-a9試樣的結合介面的抗拉強度大於基材鋼板的抗拉強度。

經820℃擴散溫度、120-240min保溫時間處理後,介面抗拉強度大約在140-175mpa之間。

(第十六頁)

鈦/銅/鋼複合板三點彎曲試樣的尺寸為60mm×20mm×1。8mm, 三點彎曲試驗的測試條件為:載入速率1mm/min,跨距50mm。

主要是考核複合板在進行彎曲成形時,鈦/銅/鋼層狀複合板介面分離狀況。

三點彎曲試樣外形如圖所示。可以看出,鈦/銅/鋼層狀複合板基複層結合介面除a1,a2外未出現分離現象,除a1,a2外的三點彎曲實驗結果滿足相關標準中要求,表明該複合板在760℃及以上溫度條件下真空熱壓擴散復合具有良好的塑性加工能力,在進行成形加工時,能夠進行彎曲變形。

對鈦/銅/鋼層狀複合板具有良好彎曲效能的原因進行分析可知,一是ta2鈦板本身和q235鋼都具有較好的塑韌性,具備良好的塑性成形能力;另外,工藝試驗中採用了合適的真空熱壓工藝引數,在兩種基材的結合介面處未產生明顯的缺陷,如雜質相及其它裂紋源等,因此在彎曲試驗中,鈦/銅/鋼複合板表現出良好的塑性成形能力和抗彎曲力。

(第十八頁)

我們在進行sem測試前先對試樣進行了噴金處理,使資料更加理想。a1-a3試樣經切割後,中間過渡層銅與基材鈦、鐵之間存在較大裂縫,可以認為是其擴散溫度低、保溫時間較短,介面未形成良好的擴散,復合效果不佳,其餘試樣選擇具有代表性的a4、a5、a7、a9進行測試,其sem介面微觀形貌圖如圖所示。

由圖中(a)、(b)可以看出,在保溫時間相同均為120min時,燒結溫度為790℃的試樣鋼側與中間過渡層cu之間有肉眼可見的縫隙,可見兩者未結合,說明在該實驗條件下,鋼與cu並不能得到良好的介面復合效果,只有鈦側與cu在介面發生了擴散反應,實現了較好的結合且有反應層出現;而燒結溫度820℃的試樣鋼與鈦兩側均與中間過渡層cu發生了擴散反應,均達到了良好的介面復合效果,說明在燒結溫度為820℃時,鈦/銅/鋼介面具有良好的復合效果。

由圖中的(b)、(c)、(d)可以看出,在燒結溫度相同均為820℃,保溫時間≥120min的實驗條件下,鈦/銅/鋼介面均有良好的復合效果,均有擴散反應層出現,並且燒結溫度相同時,隨著保溫時間從120min-240min的不斷增加,擴散反應層寬度逐漸增加。

(第十九頁)

為進一步分析結合介面的元素分布,對試樣a5(820℃,120min)、a7(820℃,180min)、a9(820℃,240min)進行介面線掃瞄,結果如圖所示。三種試樣的鋼側與鈦側碳元素含量基本保持不變,隨著保溫時間的延長,銅元素從擴散層至鈦板一側含量具有小幅度的增加,鈦、鐵元素呈x型分布,鐵元素在鈦側的擴散量隨保溫時間的延長而稍有增加,鈦元素在鋼側含量較低且沒有明顯變化,說明鐵原子在相同條件下較鈦原子擴散能力強。

(第二十頁)

測試結果表明,加入中間過渡金屬銅之後,製備出的層狀復合板材結合處形成的金屬化合物有明顯的減少,說明加入中間過渡金屬銅有助於鈦/鋼復合板材的復合。而通過種種測試結果分析得出結論:燒結溫度820℃,保溫時間240min。

(第二十一頁)

這次課題的完成的過程,也是我越來越認識到自己知識與經驗缺乏的過程。雖然,我們盡可能地收集材料,竭盡所能運用自己所學的知識進行試驗與測試,但課題還是存在許多不足之處,沒有**或專利的發表,研究不夠深入。請各位評委老師多批評指正,讓我在今後的學習中學到更多。

謝謝各位老師!

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