原位合成TiB_(2)颗粒增强铝基复合材料研究进展

原位合成技术制备的铝基复合材料,权衡了强度和塑性间的矛盾,有望实现铝基复合材料的结构功能一体化。原位合成TiB_(2)颗粒增强铝基复合材料比刚度,比模量高,具有优异的力学性能、耐腐蚀性能、耐磨性能和抗疲劳性能,是近年来金属基复合材料的研究热点之一,在汽车制造、高铁动车、航空航天和国防军事等领域具有广阔的应用前景。归纳了三种原位合成TiB_(2)颗粒增强铝基复合材料反应体系(Al-K_(2)TiF_(6)-KBF_(4)体系、Al-TiO_(2)-B_(2)O_(3)体系和Al-Ti-B体系)的特点和优势,概述了原位合成TiB_(2)颗粒对铝基体晶粒尺寸、界面结合和润湿性产生影响的研究现状,对TiB_(2)颗粒强化铝复合材料力学性能的作用机制展开了讨论,梳理总结现阶段在此领域研究过程中仍未解决的问题,展望TiB_(2)颗粒增强铝基复合材料的潜在发展空间,以期为研究和开发原位合成颗粒增强铝基复合材料提供参考。

芯片用金刚石增强金属基复合材料研究进展

随着电子设备集成化程度越来越高,对高导热封装材料的需求也越来越大,金刚石增强金属基复合材料凭借其高导热性能成为研究焦点。然而,由于金刚石颗粒与金属基体之间的不润湿特性,具有高导热性的金刚石增强金属基复合材料难以制备。文中综述了金刚石增强金属基复合材料的研究进展,包括界面改性、工艺参数优化和复合材料制备方法,并指出了金刚石增强金属基复合材料目前存在的问题和今后的研究方向。

增材制造硼化钛增强钛基复合材料的研究进展

增材制造(AM)技术以其可设计性强、近净成型等优点,在非连续增强钛基复合材料(DRTMCs)等金属基复合材料领域引起了广泛关注。AM技术通过快速凝固的成型方式,能有效拓宽对DRTMCs微观组织和力学性能的调控窗口。金属AM技术主要分为粉床熔融法(PBF)和定向能量沉积法(DED)。粉床熔融法包括选区激光融化(SLM)技术和电子束熔融(EBM)技术,定向能量沉积法主要包括激光熔化沉积(LMD)技术和电弧增材制造(WAAM)技术。本文综述了近年来利用以上技术制备硼化钛(TiBw)增强DRTMCs的研究现状。从粉末状态出发,讨论了混合粉末和预合金化复合粉末对DRTMCs中TiBw的尺度特征参数、基体组织以及力学性能的影响规律。在此基础上,对目前存在的关键问题和未来的发展趋势进行了展望。

原位合成TiC颗粒增强铝基复合材料研究进展

原位合成TiC颗粒增强铝基复合材料具有密度小、比模量高、低热膨胀系数、热稳定性和导热性能良好,以及耐磨性能和耐有机液体和溶剂侵蚀优良等一系列优点,成为了近年来金属基复合材料的研究热点。本文从反应体系、显微组织、力学性能和强化机制四个方面,综述了近年来原位合成TiC/Al复合材料的研究进展,指出了其存在的问题并展望了其发展趋势,以期为研究和开发原位合成颗粒增强铝基复合材料提供参考。

碳纳米管增强铝基复合材料界面与晶粒调控研究进展

随着碳纳米管增强铝基复合材料制备工艺的不断完善,碳纳米管的难分散问题被妥善解决,复合材料的强度有所提高,但复合材料的高模量、高强度没有得到充分利用,并出现“强度–塑性”倒置现象。本文总结了近年来对碳/铝复合材料界面结构、晶粒结构与复合构型设计的调控手段,讨论了界面结构强度对碳纳米管载荷传递效率的影响,分析了出现倒置现象的原因,并针对复合材料塑韧性差的问题,提出了调控思路,为制备强度高、韧性强的碳纳米管增强铝基复合材料提供依据。

铜/铝搅拌摩擦焊接头界面原子扩散及力学性能模拟

利用搅拌摩擦焊技术连接低熔点的铜与铝,连接过程中铜原子与铝原子在界面的扩散能力影响界面力学性能.采用分子动力学研究搅拌摩擦焊过程中铜/铝界面原子的扩散行为,评价了不同应变速率下界面的力学性能.结果表明:铜原子扩散进入铝晶格的数量远大于铝原子扩散进入铜晶格的数量,原子扩散以最近邻跳跃机制为主,铜原子和铝原子的扩散激活能分别为0.58、0.75 eV.界面过渡层厚度主要受保温温度控制,800 K下的界面为最佳厚度界面;拉伸应变速率为1×10^(10)s^(-1)时,界面抗拉强度最大,达到3.19 GPa.塑性变形在铝侧,而铜侧几乎没有塑性变形,变形过程中发生的位错反应由全位错分解和压杆位错合成,位错能下降,是以肖克莱位错为主要的滑移位错.

钨纤维增韧钨基复合材料的研究进展

钨纤维增韧钨基复合材料作为一种理想的面向等离子体材料,可以不需要引入其他合金元素,通过充分发挥钨纤维本身的优异性能而提升其韧性。对钨纤维增韧钨基复合材料的增韧机理、增韧相类型、制备方法的研究现状进行了综述,重点介绍了钨纤维表面改性、钨纤维体积分数以及烧结温度对复合材料性能的影响,指出了该复合材料今后的研究方向。

爆炸焊接铜/钢复合管界面组织表征与性能研究

为了研究应用于压力容器的管道或承压部件的铜/钢双金属复合管材料中晶粒存在形式和力学性能之间的关系,通过爆炸焊技术获得了T2铜/316L不锈钢复合管,并对其界面形貌与微观组织进行分析。结果表明,T2铜/316L不锈钢复合管结合界面处呈现平直界面和周期性波状界面,波形结合区域的平均波长203μm、波高58μm。复合管结合界面两侧的元素发生互扩散,扩散层厚度为1μm。界面处Fe侧晶粒尺寸较小,随着结合界面距离的增加晶粒尺寸逐渐变大。通过纳米压痕试验发现,波峰处界面的纳米压痕结果达到了3.16 GPa,波谷处的纳米压痕结果达到了2.44 GPa,同时波峰处界面附近区域的纳米压痕结果均高于波谷处,Fe侧纳米压痕结果均高于Cu侧。纳米压痕试验获得的力学性能分布规律和微观组织的分布规律相一致。

rGO/PANI对Cr(Ⅵ)的吸附还原性能及机理分析

以还原氧化石墨烯(rGO)为载体,采用原位聚合法将聚苯胺(PANI)负载到rGO上以增大其比表面积,探究复合材料对溶液中Cr(Ⅵ)的吸附还原反应效果。采用SEM、XRD、BET、FTIR和XPS等对rGO/PANI复合材料进行表征,从吸附等温模型、吸附动力模型等角度探讨rGO/PANI对Cr(Ⅵ)的吸附还原反应特征及机理。结果表明,rGO/PANI对Cr(Ⅵ)的去除包括吸附、络合和还原三个部分。Cr(Ⅵ)一部分吸附在rGO/PANI表面,一部分还原成Cr(Ⅲ),还原的Cr(Ⅲ)部分被络合在复合材料表面,少量扩散到溶液中。在pH=2时,rGO/PANI对Cr(Ⅵ)的最大去除量可达到97.61 mg/g,其中,吸附还原量为73.46 mg/g,溶液中剩余的Cr(Ⅲ)浓度为24.13 mg/L。

粉末套管法Ti/Al/Ti复合板的界面结合性能

采用粉末套管法,通过“热轧+中间退火+进一步冷轧”工艺制备Ti/Al/Ti复合板。利用扫描电镜、电子探针、能谱仪、XRD分析以及万能实验机,研究不同制备参数下Ti/Al/Ti复合带材的界面形貌、元素分布、物相种类和界面结合强度。结果表明,单一脆性金属间化合物TiAl_(3)的产生会阻碍Ti/Al元素的扩散,扩散层厚度发生减薄。500℃退火,扩散层主要是由扩散形成的冶金结合层,局部区域有少量的金属间化合物TiAl_(3)生成,界面结合强度受冶金结合强度与机械结合强度的动态变化影响,随着压下率升高,结合强度先降低后升高再降低;550℃退火,界面反应增强,TiAl_(3)相逐渐增多,扩散层强度增加,冶金结合强度提高,由14.3 N/mm(500℃)增加至35.1 N/mm(550℃),随着压下率的增大,化合物层破碎程度增加,界面结合强度逐渐降低。

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。

石墨膜/铝复合材料制备工艺与性能研究

将石墨膜和铝箔以铺层的形式交替排布,采用真空热压烧结技术制备石墨膜/铝复合材料,研究真空热压烧结参数对复合材料微观组织和性能的影响。结果表明:石墨膜在复合材料中分布均匀,符合预期构型设计;真空热压烧结参数对复合材料微观组织影响显著,优化后的制备工艺参数为640℃/50 MPa/100 min,该条件下制备的复合材料界面结合良好,致密度高,没有检测到Al_(4)C_(3)相;随着石墨膜体积分数的增加,复合材料面内热导率呈现先增加后下降的趋势,石墨膜体积分数为30%时,复合材料面内热导率最大,为219.71 W/(m·K)。

列车刹车闸片冶金材料成分配比优化研究

为了促进我国列车刹车闸片粉末冶金材料的发展,研究分析了不同增强组元对粉末冶金材料制备的摩擦材料性能影响。研究分析的2种增强组元分别是羰基铁粉和磷铁粉,粉末冶金材料的基体为超细铜粉,润滑组元为镀铜石墨,摩擦组元为铬铁粉。结果显示,时速低于275 km/h时,磷铁粉材料的摩擦系数更高,时速高于275 km/h时,羰基铁粉的摩擦系数更高,时速为350 km/h时,羰基铁粉材料磨损量为0.625 mg/kJ,磷铁粉材料磨损量为1.634 mg/kJ,研究还探讨了磷铁粉及羰基铁粉对列车刹车材料摩擦性能的影响,对我国粉末冶金材料、制备列车刹车闸片的发展具有指导意义。

熔体压力对水平双辊铸轧Ti/Al复合板界面结合强度的影响

除了铸轧速度和熔体浇铸温度外,铸轧区内的熔体压力也是影响水平双辊铸轧Ti/Al复合板工艺稳定性和界面结合强度的重要因素。本工作在铸轧复合过程中通过调节前箱内熔体的液面高度,获得了在不同铸轧区熔体压力下制备的Ti/Al复合板。通过金相、扫描电镜、显微硬度、室温拉伸实验、T型剥离实验等手段对复合板的显微组织和界面结合性能进行表征和测试。结果表明,当熔体压力较高时,可以生产出充盈饱满、板型良好、结合强度高的复合板,但熔体压力过高会影响铸轧复合过程的稳定性。当熔体压力过低时,熔体的横向流动能力减弱,铸轧区内不能完全被熔体填充满,板材出现热带、褶皱等缺陷,同时,在Ti/Al上出现了部分微孔和微裂缝。在较高熔体压力下,固/液接触距离更长,带材表面与熔体的润湿更加充分,熔体分布更加均匀,固/液扩散更加充分。因此,当熔体压力较高时,复合板具有更高的结合强度,界面结合强度达到20.1 N/mm。

磁性镓基液态金属复合材料的研究进展

镓基液态金属具有高导电性、高导热性、高流动性和优良的生物相容性,是一种具有很大发展和应用前景的功能材料。镓基液态金属与其他不同物理化学性质的材料组合而成的镓基液态金属复合材料为基础研究与应用研究提供了一个新的方向,为解决柔性电子、热调控和生物医学等各个领域的挑战性问题提供了新的思路并表现出重大潜力。磁性粒子的引入可以使镓基液态金属具有良好的磁性能。作为一种新兴的磁性功能材料或磁性智能材料,磁性镓基液态金属复合材料在柔性电子、微电机、靶向给药、热调控、屏蔽与吸波等领域已展现出初步的研究和应用价值。本文系统地总结和评述了磁性镓基液态金属复合材料的研究进展。从基础研究、磁力控制、磁热控温、屏蔽与吸波四个方面综述了磁性镓基液态金属复合材料的性能和应用,说明了这种复合策略的有效性。这可为磁性镓基液态金属复合材料的进一步研究与开发提供思路。

热处理对1060/7N01/1060轧制复合板显微组织及力学性能的影响

利用475℃单道次热轧的方式制备界面结合良好的1060/7N01/1060层状复合板。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜及电子背散射衍射结合硬度和拉伸实验研究层厚比对热轧复合板显微组织和力学性能的影响。此外,对比研究冷轧前热处理(固溶处理及峰值时效)对冷轧复合板显微组织和力学性能的影响。结果表明,层厚比对热轧复合板各层显微组织特征影响不大,其力学性能与混合法则理论预测结果一致。相比而言,额外的热处理对冷轧板纯铝层的晶粒尺寸无明显影响,却有助于细化7N01层的晶粒尺寸及弥散、细小析出物的形成,使其具有更显著的细晶强化、析出强化及位错强化效应。

选区激光熔化成形TiB_(2)/Al-Si-Mg大尺寸复杂构件

选区激光熔化(SLM)成形大尺寸复杂构件厚度多样、成形高度较高、方向复杂,需要研究构件微观组织均匀性和力学性能稳定性。本文以SLM成形TiB_(2)/Al-Si-Mg复合材料为研究对象,分析复合材料多级微观组织,对比不同成形厚度、高度、方向下复合材料的力学性能。结果表明:复合材料表现出熔池特征结构,细小等轴晶粒组织均匀分布且随机取向,纳米TiB_(2)颗粒在材料内部弥散分布。随成形厚度增加,复合材料伸长率保持稳定,抗拉强度受本征热处理影响略微增大;在不同成形高度下,复合材料抗拉强度和伸长率保持稳定;在不同成形方向下,复合材料抗拉强度保持稳定,伸长率受熔池结构影响在水平方向略高。基于以上结果,成功制备大飞机舱门铰链臂(588 mm×318 mm×470 mm)复杂结构件。

TA2/Q235B复合板不同作用面成形极限及界面损伤行为

采用Nakazima实验法对不同尺寸的退火态TA2/Q235B复合板样品进行胀形实验,研究不同作用面对TA2/Q235B复合板的成形极限和界面损伤行为的影响。结果表明,当凹模与碳钢侧接触时,由于接触材料、界面变形协调能力和应变状态的不同,复合板的胀形高度和成形极限增加,其中R140试样的极限拱高达到最大值(46.17 mm),R60和R180试样在3个方向上的厚度减薄量和界面裂纹更大。此外,由于硬度和拉应力不同,两组样品中所有的水平和斜向孔都向纯钛侧延伸。

基于二元堆积理论高致密CuW复合材料制备及耐电弧侵蚀性能研究

目的提高CuW复合材料的致密度及耐电弧侵蚀性能。方法基于二元堆积理论设计并制备了双粒径W颗粒混杂CuW75复合材料,通过微观组织表征、硬度测试、导电率测试及密度测试,重点对比研究了单粒径CuW75复合材料和双粒径混杂CuW75复合材料致密性和微观组织的内在关联,并通过电接触实验研究了双粒径混杂CuW75复合材料耐电弧的侵蚀性能。结果双粒径混杂CuW75复合材料微观组织均匀,W相及Cu相网络连通程度高,致密度高达99.79%,较CuW75复合材料国家标准致密度提升了2.9%,硬度较CuW75复合材料国家标准提升了6.7%。电接触实验结果表明,双粒径混杂CuW75复合材料熔焊力波动幅度小,平均熔焊力(35.06cN)较1μm单粒径CuW75复合材料的降低了11%;平均燃弧能量(147.29mJ)及平均燃弧时间(2.53ms)较1μm单粒径CuW75复合材料的分别下降了38%和36%。双粒径混杂CuW75复合材料受电弧侵蚀面积小,侵蚀坑较浅,耐电弧侵蚀性能优异。结论双粒径混杂W颗粒制备CuW复合材料可以明显提升材料的致密度及微观结构连通性。双粒径混杂CuW复合材料可以更好地分散电弧,具有优异的抗熔焊性能及耐电弧侵蚀性能。

基于波速区间的导波延迟累加损伤成像

延迟累加成像方法是导波损伤监测技术中的一种经典的损伤成像方法,但是其性能非常依赖于精确的导波波速。而在复杂工程结构中的精确导波波速往往难以获得,从而该方法的有效性会受到复杂工程结构的影响。针对上述问题,提出了基于波速区间的延迟累加成像方法。所提方法利用导波波速的估计区间,将导波损伤散射信号的一段用于延迟,并将该段延迟信号的最大值进行累加作为损伤成像值。通过对复合材料加筋板上不同位置损伤的识别,对所提方法的有效性进行了验证。试验结果表明,所提方法能对损伤进行准确识别,且在鲁棒性方面要优于延迟累加成像方法。