铸态下Sn-Bi二元共晶焊料合金的组织特征及其力学性能

研究了四种不同Bi含量(45%、50%、55%、60%)的Sn-Bi二元共晶合金自由凝固下的组织特征和力学性能,探讨了Sn-Bi二元共晶合金的晶体生长机制以及Bi元素含量对合金显微组织的影响。结果表明:Sn-Bi二元亚共晶合金铸态下的金相组织为初生Sn固溶体相和Sn/Bi共晶层片集群构成,随着Bi含量的增加,呈树枝晶形态生长的初生Sn相数量减少,形态长大。初生Sn固溶体相内部脱溶析出大量的杆状或点状Bi相,形成杆状共晶结构;Sn-Bi二元过共晶合金铸态下的金相组织为初生Bi相和Sn/Bi共晶层片集群构成,初生Bi相中基本不固溶Sn元素,呈小平面方式生长,并在在初生Bi相周围包裹生长一层Sn晕圈相。在室温下,Sn-Bi二元共晶合金的硬度和强度随着Bi含量的增加而上升,延伸率随着Bi含量的增加先上升后下降。

SiC_(f)/Ti65复合材料的拉伸行为研究

采用磁控溅射先驱丝法结合热等静压工艺制备SiC_(f)/Ti65复合材料,研究了SiC_(f)/Ti65复合材料室温、高温拉伸行为,揭示了SiC_(f)/Ti65复合材料拉伸断裂机制。研究结果表明:SiC_(f)/Ti65复合材料的室温、高温抗拉强度相比于Ti65合金的抗拉强度分别提升29%和164%,验证了复合材料的增强效果。SiC_(f)/Ti65复合材料的室温拉伸断裂机制为反应层断裂、纤维/基体界面脱粘、基体脆性断裂、纤维断裂、包套韧性断裂;高温断裂机制为反应层断裂、纤维/基体界面脱粘、纤维断裂、W/SiC界面脱粘、基体和包套韧性断裂。

石墨烯增强金属基复合材料界面研究进展

金属基复合材料是由高强度增强相与金属基体组成,因具备优良的综合性能,在各领域内展现出广阔的应用潜力。与常规增强相不同,石墨烯是一种由碳原子以sp^(2)杂化轨道组成六角呈蜂巢状晶格的二维碳纳米材料,因其独特的结构而具有优异的电学、力学、热学和光学等特性。石墨烯增强金属基复合材料已经成为先进复合材料领域的研究热点,而对于金属基复合材料,其综合性能与界面的结构和性质关联密切。从近年来石墨烯增强金属基复合材料界面微观组织及理论研究出发,对常见石墨烯增强金属基复合材料体系的界面结构及力学性能进行总结,同时总结计算机模拟手段在分析界面结构、界面结合强度以及界面微观断裂机制等方面的进展,为设计和优化金属基复合材料界面提供理论依据。

羰基铁含量对铝铁复合材料电磁屏蔽性能的影响

采用粉末挤压技术制备铝铁复合材料,通过加入磁性吸波材料羰基铁粉来提高材料的磁导率和吸波性,实现对电磁波的有效衰减。研究结果表明,随着铝铁复合材料中羰基铁含量的增加,材料的抗拉强度增大,最高达到166.7 MPa。材料对电磁波的屏蔽效能随羰基铁含量的增加明显增大,其中,Al/10wt%Fe复合材料电磁屏蔽效能最好,磁导率最高,其电磁屏蔽值为120 dB,吸收屏蔽效能占83.3%,磁导率是纯铝的3倍多。

高导热W-金刚石复合材料钨靶模块热应力分析

核聚变堆中偏滤器在高热通量条件下服役将产生高温及高热应力导致钨靶模块开裂失效。探究了自主研发的新型W-金刚石复合材料不同热导率对偏滤器钨靶模块温度及热应力的预期影响。首先通过理论公式计算了W-金刚石复合材料的理论物性,并利用ANSYS软件模拟对比了以不同热导率的W-金刚石复合材料和纯W材料作为面向等离子体材料(PFM)的钨靶模块在20 MW/m^(2)热通量下的温度分布及热应力。结果表明,采用W-金刚石复合材料作为PFM能够极大程度地降低模块表面的最高温度,改善模块温度梯度,降低模块等效应变,但由于复合材料弹性模量较高,模块的等效应力并未得到缓解。该结果将对材料的设计及偏滤器结构优化提供重要的技术支持。

晶粒尺寸对SiC_(p)增强纯Mg材料加工硬化行为的影响

研究晶粒尺寸对微量SiC_(p)/Mg室温拉伸变形过程中材料加工硬化行为的影响。结果表明,SiC_(p)/Mg材料分别在170、200和230℃下以0.1 mm/s速率进行挤压变形后,均发生完全动态再结晶,其动态再结晶平均晶粒尺寸分别为3.9、7.3和9.5μm。通过对挤压变形后SiC_(p)/Mg材料加工硬化行为研究发现,随着晶粒尺寸的增大,SiC_(p)/Mg材料加工硬化作用增大,其主要是由于随着晶粒尺寸增大,晶界对位错的吸收时间较长,导致材料中位错密度较高。

不同载荷下镀镍石墨-铜基复合材料的载流摩擦性能

首先采用化学镀的方法在石墨表面镀Ni,随后采用快速热压方法制备10 mass%镀Ni石墨-铜基复合材料。在不同载荷下对复合材料开展了载流摩擦实验,采用扫描电镜观察了复合材料的磨损表面形貌,进而从磨损表面形貌特征分析其损伤机制。结果表明:在石墨表面成功镀覆了致密且均匀的Ni金属层,化学镀镍有效改善了石墨和铜之间的润湿性;镀镍石墨-铜基复合材料的相组成为石墨和铜基体两相,石墨在铜基体中呈弥散分布,未形成连续网状结构;随载荷的增加,复合材料的摩擦系数逐渐降低,磨痕宽度和磨损率逐渐升高,载流效率和载流稳定性逐渐下降;在低载荷下(20和40 N),复合材料的损伤机制以显微切削为主;随着载荷的增加(60和80 N),电侵蚀加剧,成为主要的损伤机制。

Cu-Sn、Ni-Cr、Co烧结助剂对Ni_(3)Al基金刚石复合材料性能的影响

采用真空热压法制备了Ni_(3)Al基金刚石复合材料,研究了不同烧结助剂对复合材料力学性能和微观结构的影响,并对Ni_(3)Al基金刚石钻头的钻孔性能进行了测试。结果表明,在添加0~30vol%的Cu-Sn、Ni-Cr、Co烧结助剂后,Ni_(3)Al基金刚石刀头的致密度、抗弯强度、硬度得到提高。Ni3Al基金刚石复合材料的抗弯强度随着Ni-Cr、Co烧结助剂含量的增加而提高。Cu-Sn、Ni-Cr烧结助剂中的Cr元素在金刚石的表面出现了富集现象。将添加Cu-Sn、Ni-Cr烧结助剂的Ni_(3)Al基金刚石复合材料制备成工具进行钻削测试,发现Ni_(3)Al基金刚石复合材料的失效形式可以分为微破碎、磨耗、宏观破碎3种形式,钻削试验中并没有发现整颗金刚石脱落的现象,表明Ni_(3)Al基对金刚石的把持力较大,强度较高。

SiCf/Ti复合材料制备及原位三点弯曲失效行为研究

以连续陶瓷SiC纤维、金属TA2箔材为原材料,采用“箔-纤维-箔”法制备连续陶瓷SiC纤维增强Ti基复合材料,并对制备态复合材料进行了微观组织、界面行为及原位三点弯曲失效分析。结果表明:在热制造工艺参数900℃/45 MPa/30 min下,增强体陶瓷SiC纤维与基体金属Ti实现良好的冶金结合,纤维/基体界面处发生元素扩散现象,界面产物以TiC为主。在复合材料受弯曲载荷过程中,其裂纹扩展形式为树枝状折线分叉型,增强体纤维对纵向传播裂纹起到偏转和钝化作用,有效延长了裂纹传播路径。

无人机施药与传统常量施药在小麦冠层的雾滴沉积规律

【目的】目前中国无人机施药缺乏飞防专用剂型,在进行飞防时大都使用常规剂型,限制了飞防的推广与应用,筛选有利于飞防的常规剂型对于增加药剂的分散效果和提高防效具有重要作用。【方法】选择三种常见农药剂型,通过比较常量喷雾与飞防喷雾效果,评价雾滴在小麦冠层的沉积规律。【结果】试验发现,相同喷雾条件下,水乳剂的药剂分散性最好,其次是水分散粒剂,最后是水悬浮剂。【结论】与常量施药相比,航空施药不仅具有更好的药剂分散性和穿透性,还有利于节约用水。

烧结温度对车用石墨-TiB_(2)增强铜基复合材料组织与性能的影响

采用真空热压烧结方法制备了石墨和TiB_(2)混杂增强Cu基复合材料,研究了烧结温度对复合材料微观结构、致密度、显微硬度、电导率和摩擦磨损性能的影响。结果表明:烧结过程中各粉末原料没有发生氧化,同时粉末之间也没有发生化学反应。两种增强相均匀地分散在连续的Cu基体中,同时颗粒之间没有形成聚集。随着烧结温度的升高,复合材料的致密度和显微硬度先增大后减小,摩擦系数和磨损率先减小后增大,电导率逐渐降低。烧结温度为800℃时,石墨和TiB_(2)混杂增强Cu基复合材料具有较优异的综合性能,其致密度、显微硬度、电导率、摩擦系数和磨损率分别为98.8%、92.2 HV0.1、43.2%IACS、0.213和1.757×10^(-5)mm^(3)/(N·m),磨损机制为显微切削为主,粘着磨损为辅。

喷射沉积超高强铝基复合材料的组织及性能研究

采用喷射沉积技术研制铝基SiC复合材料,通过调整喷射沉积参数(雾化压力、扫描频率)和同轴送粉设备参数,研制出SiC均匀分布的直径为φ255 mm、高度为500 mm的喷射沉积铝基复合材料坯锭。微观组织结果表明,沉积坯锭晶粒均匀细小,无宏观偏析现象,晶粒平均尺寸为(17.3±4.7)μm,但部分晶粒之间存在微孔缺陷。SiC颗粒在基体中没有明显的富集,呈弥散分布,尺寸约5~20μm,且在SiC颗粒附近有微孔缺陷。经挤压处理、双极固溶处理、峰时效处理后,合金的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、弹性模量分别为650 MPa、600 MPa、6%、85 GPa,并且组织致密无微孔。

层厚对TiC-HfN/TiC-HfC层状陶瓷微观组织及力学性能的影响

以TiC为基体相、Hf N和HfC分别为各层的增强相、Ni和Co为金属相,利用微叠层装置进行叠层,采用真空热压烧结技术,在1500℃下制备了不同层厚的TiC-Hf N/TiC-HfC层状陶瓷,其层厚分别为0.25、0.30、0.35、0.40mm,研究了层厚对该材料微观组织和力学性能的影响。研究结果表明:在不同层厚下,材料的断口形貌基本相似,且晶粒的尺寸均在5μm左右;随着层厚的增大,材料的相对密度、硬度和抗弯强度先增大后减小,层面断裂韧度基本保持不变,而层间断裂韧度不断减小;当层厚为0.30 mm时,材料具有相对较好的综合力学性能,此时其硬度为(19.6±0.24)GPa、抗弯强度为(841.1±20) MPa、层面断裂韧度为(6.5±0.18)MPa·m^(1/2)和层间断裂韧度为(8.3±0.27)MPa·m^(1/2)。

铝/石墨复合材料不同温度下的摩擦性能研究

以ZL105为基体,多孔碳为碳源,采用压力铸造法制备铝/石墨复合材料。通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)对其进行微观物相形貌分析。通过对硬度及压缩强度的测定得到其力学性能。结果表明,多孔碳能较好地与基体结合。复合材料的硬度为基体合金的94.5%,压缩强度为基体的37%,复合材料的力学性能降低。研究了复合材料在不同温度下(25~350℃)的摩擦性能,发现复合材料在高温下具有更好的耐磨性。当温度达到300℃时,基体合金失效,而复合材料能够承受的温度达到350℃。

TiC纳米粒子对马氏体不锈钢的组织细化及性能提升

针对马氏体不锈钢的强度和塑性难以同时提升的问题,提出引入TiC纳米粒子达到细化不锈钢基体晶粒的目的。通过非自耗真空电弧炉制备了颗粒含量为0.25wt%的纳米TiC增强的马氏体不锈钢,并与铸态基体不锈钢对比,结果表明:TiC纳米粒子增强钢原奥氏体晶粒平均尺寸从234.4μm降低到62.9μm,主要分布范围从50~350μm集中为20~100μm。热处理后,TiC纳米粒子增强钢由细化的板条和板条间亚微米级的胞状残余奥氏体组成,增强钢的抗拉强度提高23.31%,显微硬度提高7.12%,并且伸长率提高99%,实现了对基体钢强度、硬度和塑性的同时提升。

纳米TiB_(2)/7075铝基复合材料超声滚压数值仿真研究

超声滚压数值仿真研究亟待丰富和深入开展。采用温度-应变率相关Johnson-Cook本构模型描述纳米TiB_(2)/7075铝基复合材料塑性变形行为,通过Gleeble热压缩模拟实验结合最小二乘拟合标定相关本构参数。利用有限元软件ABAQUS构建3D全六面体渐变网格模型,通过6个步骤对复合材料超声滚压强化过程进行了数值仿真研究。结果表明,残余应力分布的仿真结果与实测结果存在明显差异,但网格失效形式较好地反映了表层材料的开裂和分层,从模拟角度验证了往复超声滚压过程中过度塑性变形导致材料表面损伤的现象。该结果对金属基复合材料超声滚压工艺的探索和相关数值仿真研究的深入开展具有重要指导意义。

壳核结构氧化铝@石墨烯复合粉末增强铜基复合材料摩擦学性能研究

如何充分发挥润滑组元和耐磨组元的协同作用以提高铜基复合材料摩擦学性能仍面临具大的挑战。以石墨烯为润滑组元,氧化铝为耐磨组元,对比了氧化铝和石墨烯组装为壳核结构前后对铜基复合材料摩擦学性能的影响。结果表明,与氧化铝和石墨烯分别以独立相分布于铜基体的情况相比,氧化铝和石墨烯组装为壳核结构后可以提高铜基复合材料的致密度、硬度,并有利于在磨痕表面形成连续且具有保护性的摩擦层。因此,在10~40 N载荷范围内干摩擦,后者比前者具有更低的摩擦因数和磨损率。

双尺度SiC_(p)增强Al基复合材料的制备及耐磨性研究

采用粉末冶金法制备了双尺度SiC_(p)增强Al基复合材料,SiC_(p)双粒径50μm:10μm的比例分别为1∶1、2∶1、3∶1、4∶1及5∶1,添加总含量为20vol%。通过销盘式摩擦磨损试验机对复合材料及对比试样HT300材料的耐磨性能进行了测试,使用SEM、EDS对复合材料及HT300摩擦磨损前后的微观形貌进行了表征,并对复合材料摩擦磨损机理进行了分析。结果表明,SiC_(p)与Al基体界面结合良好,无界面脱粘及孔隙产生。任一碳化硅颗粒粒径配比的SiC_(p)/Al基复合材料的耐磨性能均优于HT300,其中颗粒粒径配比为3∶1时耐磨性能最优,HT300磨损量约为颗粒粒径配比3∶1时的7~13倍。

石墨烯增强钛基复合材料研究进展

非连续增强钛基复合材料(DRTMCs)具有高比强度、低密度、优异的耐蚀性等诸多特性,在航空航天、国防工业、交通运输等领域具有广泛的应用前景。石墨烯具有良好的本征物理和力学性能,是近年来的二维碳纳米“明星”材料,被视为极具潜力的DRTMCs纳米增强体。国内外研究者聚焦DRTMCs设计与制备,突破了低温快速成型和界面改性等关键技术,初步实现了界面精细调控和微观构型,获得石墨烯在钛基体中的本征增强,制备出强塑性匹配较好的DRTMCs。简要综述近些年来石墨烯增强钛基复合材料的设计方法和制备工艺,探讨界面反应、界面结构、微观构型等关键因素对复合材料力学性能和失效机制的影响规律,并提出石墨烯增强钛基复合材料未来的发展方向。

石墨烯改性Cu基复合材料的研究现状与应用前景

石墨烯由于其独特的二维结构和优异的物理和力学性能,一直被认为是一种理想的复合材料增强材料。介绍了石墨烯增强Cu基体复合材料,对石墨烯铜基复合材料的制备工艺、微观结构和力学性能、石墨烯的分散、增强机理、石墨烯与Cu基体之间的界面反应进行了总结,并对石墨烯/Cu基复合材料的发展前景进行了展望。