氮化硼颗粒增强铝基复合材料研究进展

铝基复合材料作为一种轻质高强度材料具有广泛的应用前景。本文综述了当前氮化硼纳米颗粒增强铝基复合材料的研究进展,通过液相法和固相法的分类详细介绍了搅拌铸造、超声辅助铸造、选择性激光熔化(SLM)、热挤压等制备氮化硼纳米颗粒增强铝基复合材料的方法,总结了所制备复合材料的力学性能和功能特性。最后指出了不同制备方法存在的问题,并且对氮化硼纳米颗粒增强铝基复合材料的未来进行了展望。

原位纳米ZrB_(2)颗粒增强7085铝合金的微观组织与力学性能研究

本文通过原位合成技术,成功制备了纳米ZrB_(2)颗粒增强7085铝合金基复合材料。采用金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪进行表征,并进行力学性能测试,研究了ZrB_(2)纳米增强体对7085铝合金的显微组织和力学性能的影响。结果表明,ZrB_(2)纳米增强体可以显著提高7085铝合金的强度。但是随着增强体体积分数增大,ZrB_(2)颗粒团聚现象加剧,不利于复合材料的塑韧性提高。同时,在复合材料中引入微量稀土元素Sc可使纳米ZrB_(2)颗粒团聚现象得到改善,并进一步细化基体晶粒,使复合材料的强度和延长率都得到提高。当ZrB_(2)含量为2%(体积分数)、Sc含量为0.4%(质量分数)时,复合材料的抗拉强度为534 MPa、伸长率为10.2%,相较于7085铝合金基体分别提高了17.4%、14.6%。

热挤压对原位(ZrB_(2)+Al_(2)O_(3))_(np)/AA6016复合材料微观组织和力学性能的影响

采用Al-Zr-B-O原位熔体反应体系制备了不同颗粒含量的(ZrB_(2)+Al_(2)O_(3))_(np)/AA6016复合材料,研究热挤压对复合材料微观组织和拉伸性能的影响。微观组织研究表明:ZrB_(2)和Al_(2)O_(3)纳米颗粒团簇在热挤压作用下细分成弥散的小颗粒团簇并沿挤压方向以颗粒条带的形式重新分布;ZrB_(2)和Al_(2)O_(3)颗粒对热挤压过程中动态再结晶行为具有促进作用,热挤压后复合材料晶粒尺寸明显细化,挤压前、后晶粒平均尺寸分别为44.54、10.46μm。拉伸测试表明,当颗粒含量为3 vol%时,挤压后复合材料的力学性能达到最佳,其中抗拉强度和伸长率分别为398.1 MPa和28.3%,在相同体积分数下,与未挤压的复合材料相比,抗拉强度和伸长率分别提高了28%和12%。

原位纳米ZrB_(2)颗粒增强AA7055铝基复合材料的微观组织与力学性能

通过Al⁃Zr⁃B原位反应体系成功制备了原位纳米ZrB_(2)颗粒增强AA7055铝基复合材料,研究了原位纳米ZrB_(2)颗粒对AA7055铝合金微观组织及力学性能的影响规律。研究结果表明:ZrB_(2)颗粒平均尺寸约为58.9 nm,在凝固过程中可以有效细化晶粒。当颗粒体积分数为2%时,复合材料的室温抗拉强度为620.2 MPa,屈服强度为585.4 MPa,伸长率为12.6%,与基体合金相比分别提升了18.7%,15.6%和38.5%。同时,其200℃下的高温抗拉强度为339.5 MPa,屈服强度为293.3 MPa,伸长率为20.2%,与基体合金相比,分别提升了36.2%,24.4%和43.3%。原位纳米ZrB_(2)/AA7055复合材料的室温力学性能与高温力学行能均得到显著提升。

稀土Er对A356.2合金微观组织和力学性能的影响

通过含量的变化研究了微量稀土元素Er对A356.2合金微观组织和力学性能的影响规律。实验结果表明,添加微量的Er元素不仅可通过在合金熔体中产生大量异质形核核心(Al_3Er)细化初生α-Al晶粒,而且Er元素还可有效细化铝-硅共晶团,从而显著提高合金的力学性能。当Er含量为1%时合金的力学性能最高,抗拉强度为240 MPa,伸长率为9.8%。

钢耐热耐磨复合涂层的制备及Mg的作用

在Ti-C-3Ni-Al体系中加入一定量的Mg作为添加剂,通过熔体内自蔓延工艺原位制备了TiC/Ni3Al复合涂层。利用DSC、XRD、SEM和EDS分析Mg对体系自蔓延过程、热爆产物成分及其显微结构和复合涂层形貌的影响,测试了复合涂层的显微硬度分布、室温和高温耐磨性。结果表明,加入质量分数为2%的Mg可以有效地净化颗粒表面,降低反应开始温度和缩短反应时间,促进TiC/Ni3Al涂层的形成及与基体的结合;所得涂层在1μm内的TiC颗粒均匀分布在Ni3Al中,涂层与基体呈致密的冶金结合,硬度从涂层到基体呈梯度分布,其高温耐磨性明显高于H13钢。

Er对原位ZrB_2/A356.2复合材料组织与性能的影响

采用原位合成法制备ZrB_2/A356.2复合材料,研究了引入ZrB_2对A356.2铸态微观组织的影响以及不同Er含量对复合材料铸态微观组织及力学性能的影响。结果表明,引入ZrB_2后α-Al晶粒和粗大共晶Si发生略微细化,添加Er后α-Al晶粒细化明显,并且Er对共晶Si有很好的变质效果,α-Al由粗大树枝晶变为蔷薇状、球状,共晶Si从粗大的针片状变为细小的短棒状、球状,有效提高了复合材料的力学性能。当Er添加量为0.10%(质量分数)时,其细化变质效果最为明显,复合材料力学性能提高最为显著。

原位自生TiB_2颗粒对纯铝微观结构和超塑性性能的影响

对TiB_2/Al复合材料的高应变速率超塑性进行了研究。结果表明:材料组织内部生成了尺寸为0.1~2μm,呈六面体形和多边状的TiB_2增强颗粒。搅拌摩擦处理后TiB_2增强颗粒得到细化并且分布均匀。在相同温度下,流变应力对应变速率的变化影响不明显。TiB_2/Al复合材料的伸长率随颗粒体积分数的增大而减小,最大伸长率170%。

累积叠轧对原位ZrB_2/6082Al复合材料组织和力学性能的影响

基于6082Al-K_2ZrF_6-KBF_4体系,通过熔体直接反应法制备原位纳米3wt%ZrB_2/6082Al复合材料,并在300℃下对其进行累积叠轧(ARB),获得了纳米相均匀分布的高性能铝基复合材料。OM、XRD、SEM和TEM分析表明,纳米增强体团簇被打碎,并随着道次的增加分布越来越均匀;其中析出相,比如Fe-Mn-Si相,也随着道次的增加逐渐被打碎并细化;复合材料的晶粒同时被极大地细化,经过9道次ARB,晶粒平均尺寸达到380 nm。拉伸试验表明,复合材料抗拉强度随着道次增加逐渐增大,最大为310 MPa,伸长率为15.8%,与6082Al基体相比,分别提高了138.5%和66.3%。

原位纳米ZrB_2/6063Al复合材料的制备及组织性能研究

以6063Al-Na_2B_4O_7-K_2ZrF_6为反应体系,采用Na_2B_4O_7取代传统的KBF_4,并通过两步法,原位超声复合制备纳米ZrB_2/6063Al复合材料。该工艺在减少氟盐用量的同时,提高了B元素的吸收率。利用XRD,SEM等测试手段分析了复合材料的相组成和微观组织,并通过电子拉伸试验机测试复合材料的力学性能。研究结果表明,所制备出的ZrB_2颗粒呈多边形状,绝大部分分布在晶界处;通过引入超声波作用,ZrB_2颗粒趋于弥散并且细化,尺寸为30~90nm;与基体相比,所制备的纳米复合材料在保持良好塑性的同时,强度大幅提高,且随着颗粒体积分数的增加,复合材料的强度呈先增大后减小趋势(最大抗拉强度为190 MPa),延伸率呈减小趋势;复合材料拉伸断面上存在大量韧窝,表明为韧性断裂。

汽车用6060铝合金吸能盒的压溃性能试验研究

作为汽车防撞梁的关键部件6060铝合金吸能盒,它的压溃性能是衡量防撞梁安全性的重要指标。吸能盒是用挤压型材制造的,试验研究了6060铝合金的熔铸、铸锭均匀化、挤压及热处理工艺对吸能盒型材力学性能和压溃性能的影响。研究结果表明:铸锭均匀化温度565℃-575℃、保温时间5 h.冷却方式水冷,可以使铸锭获得细小均匀的组织,其晶界和晶粒内部析出相也较少;挤压工艺参数为坯锭温度510℃±5℃、出口冷却方式为风冷;型材进行175℃、8h时效处理,可以获得满足客户要求的力学性能,且压溃性能也最好。

6082铝合金模锻件阳极氧化表面小黑点缺陷分析

6082铝合金圆棒坯料经模锻后进行阳极氧化处理,发现模锻件阳极氧化表面出现小黑点缺陷。对小黑点缺陷进行宏观形貌和显微组织观察,以及扫描电镜和EDS分析一结果表明:小黑点为不规则形状的小孔洞,直径约为100»m,其周围主要元素为O、Si、Mg、Al,还有少量的Na和K等元素。

Al-Si-Mg-Mn合金型材氧化物夹杂缺陷的原因分析

针对Al-Si-Mg-Mn合金型材中发现有异物掉落缺陷的问题,采用光学显微镜、扫描电镜及EDS分析研究缺陷的形貌和组织。研究结果表明:该异物为氧化铝夹杂,是由于在熔炼和铸造过程当中,铝合金熔体表面与空气接触,并重复发生高温氧化反应而形成氧化膜,这些氧化薄膜浮在熔体表面,不分解且不易溶于熔体,当操作不当时,浮在熔体表面的氧化皮会被卷入熔体内,最后留在铸锭中,形成氧化铝夹杂。

4032铝合金锻件凹坑缺陷分析与控制

针对4032铝合金挤压圆棒锻造加工后表面出现凹坑缺陷的问题,使用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)分析锻件缺陷的形貌和组织。分析结果表明:表面凹坑缺陷为亮黑色不规则片状非金属物质,大小约为2.69 mm的Si。其产生的原因是合金在熔炼时补加的Si未完全熔化所致。因此熔炼过程严格规定:若发现Si.成分不合格,可以补加Al-Si中间合金,严禁补加纯Si。

超声化学原位合成纳米Al_2O_3/6063Al复合材料组织及高温蠕变性能

为研究纳米颗粒增强铝基复合材料的高温蠕变特性,基于6063Al-Al2（SO4）3体系,采用超声化学原位合成技术,制备出不同Al2O3体积分数（5%、7%）的纳米Al2O3/6063Al复合材料,通过高温蠕变拉伸试验测试其高温蠕变性能,利用XRD、OM、SEM及TEM分析其微观形貌。结果表明：施加高能超声可显著细化增强体颗粒并提高其分布的均匀性,所生成的Al2O3增强颗粒以圆形或近六边形为主,尺寸为20~100nm;纳米Al2O3/6063Al复合材料的名义应力指数、表观激活能和门槛应力值与基体相比大幅提高,均随着增强体体积分数的增加而提高,表明纳米Al2O3/6063Al复合材料的抗蠕变性能提高;纳米Al2O3/6063Al复合材料的真应力指数为8,说明复合材料蠕变机制符合微结构不变模型,即受基体晶格扩散的控制;纳米Al2O3/6063Al复合材料的高温蠕变断口特征以脆性断裂为主,高应力下形成穿晶断裂,低应力下形成沿晶断裂和晶界孔洞;纳米Al2O3/6063Al复合材料的主要强化机制为位错强化与弥散强化。

电磁场下原位合成纳米ZrB_(2np)/AA6111复合材料组织与性能研究

采用电磁场调控技术和直接熔体反应技术成功制备出原位纳米ZrB2 np/AA6111复合材料,研究了电磁场对复合材料微观组织的影响,分析了磁场的调控机制和微观组织对拉伸性能的影响规律。结果表明,施加电磁场可分散颗粒团聚体、改善团聚体分布、细化纳米增强颗粒(50～100 nm)并使颗粒边角变圆润,基体与颗粒的界面结合良好,干净无杂质,位错与颗粒相互交缠且密度增加。当电磁频率为10 Hz时,其最佳抗拉强度为362 MPa,屈服强度为253 MPa,伸长率为25%,分别比未施加磁场的ZrB2 np/AA6111复合材料提高了38.7%、68.6%和28.7%。

原位颗粒增强A357复合材料的制备及组织性能

以A357-Na_2B_4O_7-K_2ZrF_6体系与A357-KBF_4-K_2ZrF_6体系合成原位颗粒增强A357铝基复合材料。结果表明,增强相含量小于1.5%,仅合成Al_3Zr一种增强相,增强相含量为2%时,ZrB_2与Al_3Zr增强相同时合成;A357-K_2ZrF_6-KBF_4体系合成原位颗粒增强复合材料时ZrB_2颗粒为增强相;A357-Na_2B_4O_7-K_2ZrF_6体系合成复合材料的抗拉强度随增强相含量的增加呈先增加后减小的趋势,最大值为182 MPa,是基体的1.17倍;反应体系A357-K_2ZrF_6-KBF_4合成复合材料抗拉强度随增强相含量增加而呈上升趋势,最大值为192 MPa,是基体的1.24倍;两种复合材料断口上存在大量韧窝,表明断裂方式均为塑性断裂。