大学生创新创业大赛结题答辩名师优质课获奖市赛课一等奖课件.ppt

,*,*,本幻灯片资料仅供参考，不能作为科学依据，如有不当之处，请参考专业资料。,*,*,本幻灯片资料仅供参考，不能作为科学依据，如有不当之处，请参考专业资料。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本幻灯片资料仅供参考，不能作为科学依据，如有不当之处，请参考专业资料。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本幻灯片资料仅供参考，不能作为科学依据，如有不当之处，请参考专业资料。,第三组元诱导法制备钛/钢复合材料工艺研究,报,告,人：许婷,指导教师：竺培显,20,5月,大学生创新创业大赛结题答辩汇报,第1页,选题背景与意义,1,目录,研究目标和内容,2,4,研究现实状况与结论,3,研究方法,第2页,选题背景与意义,1,1791年W.格雷戈尔在矿物中发觉一个未知新元素,。,1795年德国化学家在研究金红石时发觉了该元素命名为钛,钛/钢层状复合材料因为含有经济性和功效性兼备特点,正在各个领域广泛应用。尤其是其同时含有钢优异强度、热传导性、焊接性以及钛良好耐蚀性钛钢复合材在海洋、沿海陆地作为结构件更具应用前景。,第3页,传统三种方式，均存在不足，不能满足需求,人类活动向深海发展，需钛钢复合材料支持,选题背景与意义,1,轧制复正当：,轧制复合界面过于宽化、界面物相可控性及冶金式结合程度等方面受到严重约束,爆炸复正当：,爆炸法生产复合材料制品尺寸受到限制,而且存在着振动、噪音、炸药处理等问题,爆炸-轧制法：,在接合界面易生成脆性层，而且该方法污染严重还不适于连续化生产及生产薄板,第4页,选题背景与意义,1,第三组元诱导法,第三组元诱导法制备钛/钢复合材料工艺研究,利用媒介金属（铜），改进钛、钢之间互溶性，实现钛-钢冶金式结合。,利用能量赔偿原理，处理钛、钢之间界面结合问题。,第5页,选题背景与意义,1,意义,实现了钛、钢复合材料结构功效一体化,1,低成本、高效率、对环境友好层状复合材料制备方法,2,第6页,研究目标和内容,2,为了改进钛、钢之间互溶性，本,次研究,利用能量赔偿原理，在钛和钢之间引入媒介金属，以此,处理,钛、钢之间界面结合问题。,研究目标,第7页,研究目标和内容,2,第三组元诱导法制备工艺及对钛,-,钢复合材料力 学、界面影响,研究钛钢界面形成机理与演变规律,研究内容,第8页,研究方法,3,文件研究法,试验研究法,采取过渡金属界面能量调控法和能量赔偿原理，在钛、钢之间引入媒介金属，改进钛、钢之间互溶性，以此实现钛、钢之间稳定、连续界面结合，制备出含有稳定、连续界面结合。所以，本研究构想方案为：在钛、钢之间引入媒介金属铜，采取真空热压扩散焊接法制备钛,/,钢层状复合材料，加热温度为,700-950，保温时间0.5-4,小时，其制备出钛,/,钢层状复合材料形貌如图所表示。,图书、,CNKI,中国学术期刊全文数据库或者万方学位论文数据库等，如,:,倪礼忠,陈麒,.,复合材料科学与工程,M.,北京,:,科学出版社,.,H Kato,S Abe,T Tomizawa.Interfacial structures and mechanical properties of steelNi andsteelTidiffusion bondsJ.Journal of materials science,1997,32(19):5225-5232,第9页,热压扩散制备试样编号,试样编号,温度(),保温时间（min）,压力（MPa）,A1,700,120,1,A2,730,120,1,A3,760,120,1,A4,790,120,1,A5,820,120,1,A6,820,150,1,A7,820,180,1,A8,820,210,1,A9,820,240,1,研究方法,3,第10页,研究方法,3,第三组元诱导法,-工作原理,真空热压扩散法制备,真空热压扩散焊接法是把两个或两个以上金属材料（包含中间层材料）紧压在一起，置于真空环境中中加热至母材熔点以下温度，对其施加压力使连接界面微观凸凹不平处产生微观塑性变形到达紧密接触，再经保温、原子相互扩散而形成牢靠冶金式结合一个连接方法。,热压扩散焊接特点是可取得与基体性能一致接头性能，可对性能和尺寸相差悬殊材料进行焊接，且没有宏观变形，接头残余应力小。所以，在本研究中真空热压扩散焊接法是一个最为理想制备钛/钢层状复合材料方法。,钛/钢层状复合材料稳定、连续冶金式结合界面,中间媒介金属采取铜，铜与基体钢属于互溶体系，能够形成稳定连续型固溶体，从而为实现钛/钢层状复合材料稳定、连续冶金式结合界面形成奠定了基础。,第11页,研究现实状况与结论,4,项目主要进展,年,9,-,1,2月,201,4年,1,-9月,立项经过。查找与课题相关文件资料，并对所阅读文件进行总结讨论。制订与修改试验方案，并对本试验所需材料制备,依据试验方案制备试验所需试样，试验试样制备与试样测试准备工作，联络试验室进行试验试样测试（三点弯曲和拉伸试验）,第12页,研究现实状况与结论,4,年10月-11月,12月至今,借助分析测试伎俩，,研究钛钢界面形成机理与演变规律。,探讨复合过程工艺参数对界面形成影响规律，总结此研究结果。,研究钛/钢层状复合材料制备关键技术,研究钛钢界面形成机理与演变规律,整理试验数据，调整和优化试验方案。,第13页,拉伸试验力学性能测试,图,钛/铜/钢层状复合板拉伸试验结果,第14页,图,界面抗拉强度与烧结温度关系,图,界面抗拉强度与,保温时间,关系,保温时间相同时，伴随烧结温度升高，界面抗拉强度随之升高。因为温度低时，,原子互扩散量少，抗拉强度低；而当温度提升时，原子互扩散量提升，使抗拉强度升,高。经700-820扩散温度、120min保温时间处理后，界面抗拉强度大约在100-175,MPa之间。在820扩散，伴随保温时间延长，即使抗拉强度连续下降，不过其断,裂位置均位于基材钢板一侧，由此可证实A5-A9试样结合界面抗拉强度大于基材,钢板抗拉强度。经820扩散温度、120-240min保温时间处理后，界面抗拉强度大,约在140-175MPa之间,。,第15页,三点弯曲试验力学性能测试,图,钛/铜/钢层状复合板三点弯曲试验结果,第16页,该复合板在760及以上温度条件下真空热压扩散复合含有良好塑性加工能力，在,进行成形加工时，能够进行弯曲变形。对钛/铜/钢层状复合板含有良好弯曲性能原,因进行分析可知，一是TA2钛板本身和Q235钢都含有很好塑韧性，具备良好塑,性成形能力；另外，工艺试验中采取了适当真空热压工艺参数，在两种基材结,合界面处未产生显著缺点，如杂质相及其它裂纹源等，所以在弯曲试验中，钛/铜,/钢复合板表现出良好塑性成形能力和抗弯曲力。,试样,编号,厚度（mm）,宽度（mm）,下跨距（mm）,弹性模量（N/mm2）,屈服强度（N/mm2）,最大载荷（N）,A1,1.8,20,50,130113,350.658,395.938,A2,1.8,20,50,141460,380.172,411.328,A3,1.8,20,50,115811,410.916,538.656,A4,1.8,20,50,68796.8,406.232,574.5,A5,1.8,20,50,129043,477.702,670.75,A6,1.8,20,50,17,443.161,593.156,A7,1.8,20,50,84074.5,387.768,518.656,A8,1.8,20,50,93430.7,387.931,620.719,A9,1.8,20,50,105445,437.518,644.281,三点弯曲试验数据结果,三点弯曲试验数据结果,第17页,钛/铜/钢层状复合板界面微观组织形貌分析,在测试试验开始前，为增强试样导电性，利用E-1010离子溅射装置在需要观察试样表面进行镀金处理，使试验所得数据照片效果愈加理想。,对钛/铜/钢层状复合板材进行界面分析，其中A1-A3试样经切割后，中间过渡层铜与基材钛、铁之间存在较大裂缝，能够认为是其扩散温度低、保温时间较短，界面未形成良好扩散，复合效果不佳，其余试样选择含有代表性A4(790，120min)、A5（820，120min）、A7（820，180min）、A9(820，240min)进行测试，其SEM界面微观形貌图如图所表示。,钛/铜/钢复合板材SEM界面微观形貌图（放大）,在保温时间相同均为120min时，烧结温度为,790试样钢侧与中间过渡层Cu之间有肉,眼可见缝隙，可见二者未结合，说明在该,试验条件下，钢与Cu并不能得到良好界面,复合效果，只有钛侧与Cu在界面发生了扩散,反应，实现了很好结合且有反应层出现；,而烧结温度820试样钢与钛两侧均与中间,过渡层Cu发生了扩散反应，均到达了良好,界面复合效果，说明在烧结温度为820时，,钛/铜/钢界面含有良好复合效果。,第18页,为深入分析结合界面元素分布，对试样A5（820，120min）、A7（820，180,min）、A9（820，240min）进行界面线扫描，结果如图所表示。,三种试样钢侧与钛侧碳元素含量基本保持不变，伴随保温时间延长，铜元素从扩散层至钛板一侧含量含有小幅度增加，钛、铁元素呈X型分布，铁元素在钛侧扩散量随保温时间延长而稍有增加，钛元素在钢侧含量较低且没有显著改变，说明铁原子在相同条件下较钛原子扩散能力强。,第19页,在,钛/钢层状复合材料发展情况和钛/钢层状复合材料制备工艺基础上，依据钛、钢两种金属特征和钛、钢直接复合各项缺点，提出了在钛、钢之间加入中间过渡金属铜热压扩散复合制备方法，制备出界面结合稳定钛/铜/钢层状复合板材。在对试验制备出钛/铜/钢层状复合板材进行了全方面测试之后，得出以下结论：,（1）SEM、线扫描测试结果表明，与钛、钢直接复合材料相比，加入中间过渡金属铜之后，制备出层状复合板材结合处形成金属化合物有显著降低，说明加入中间过渡金属铜有利于钛/钢复合板材复合。SEM测试结果表明，在烧结温度相同时，伴随保温时间延长，中间扩散层宽度逐步增加；界面线扫描测试结果表明，在烧结温度相同时，伴随保温时间延长，铜元素从扩散层至钛板一侧含量含有小幅度增加，钛、铁元素呈X型分布，铁元素在钛侧扩散量随保温时间延长而稍有增加；以铜作为中间层，采取热扩散法制备以钛/钢层状复合材料界面结合良好，铜中间层加入使得钛和钢在CuTi等化合物中间层作用下，实现了钛与钢界面牢靠结合。,（2）拉伸试验结果表明，伴随温度提升，抗拉强度逐步加强，其界面抗拉强度大约在100-175MPa之间；当到达820之后，断裂处位于基材钢板一侧，说明复合界面抗拉强度已大于基材钢板抗拉强度。,（3）三点弯曲试验表明，在760及以上温度条件下真空热压扩散复合含有良好塑性加工能力，在进行成形加工时，能够进行弯曲变形。,由上述试验优化出最正确工艺参数，最正确工艺参数为：烧结温度820，保温时间240min。,第20页,The end,Thank you!,请各位老师批评指正！,第21页,