热压制备Ni/Al微叠层复合板的协调变形行为和气压胀形成形性

为了制造NiAl合金复杂薄壁构件,采用真空热压法制备一种新型Ni/Al微叠层复合板(NAMCS)。基于不同温度的单向拉伸试验,研究Ni/Al微叠层复合板的力学性能。为了阐明Ni/Al微叠层复合板的单向拉伸协调变形机制,通过扫描电子显微镜对不同拉伸应变下的变形组织进行表征。结果表明,在5%应变、室温和300℃条件下,NiAl_(3)层和Ni_(2)Al_(3)层中形成了一些裂纹。在600℃和20%应变条件下,在NiAl3层观察到一些微孔。样品在78.7%的拉伸应变断裂时,Ni_(2)Al_(3)层也未出现裂纹,表现出良好的协调变形能力。Ni/Al微叠层复合板的高温自由气压胀形试验表明,600℃时其极限胀形比(极限胀形高度与凹模直径之比)达到33.3%,表现出良好的成形性。

弹头形状对TC4-Al_(3)Ti叠层复合板侵彻性能影响的数值分析

TC4-Al_(3)Ti叠层复合材料由于其低密度、高强度的特点被广泛应用于装甲防护材料。为深入研究TC4-Al_(3)Ti叠层复合板的抗侵彻性能,结合弹道冲击试验和有限元数值模拟技术,采用一级轻气炮试验台对TC4-Al_(3)Ti叠层复合板进行弹道冲击试验,并利用LS-DYNA软件建立了接近弹道冲击试验工况的有限元模型,通过对比分析模拟仿真及试验获得的弹体剩余速度和靶板破坏形态,验证了该有限元模型的有效性。在此基础上,重点开展了弹头形状对靶板抗侵彻性能的影响研究。结果表明:在所研究速度范围内,TC4-Al_(3)Ti叠层复合板抗平头弹的侵彻能力最强,其次是半球形头弹,而对球形弹的抵抗能力最弱。

基于矩独立法的异质叠层复合材料铆接工艺参数灵敏度分析研究

为解决碳纤维增强复合材料(Carbon fber reinforced polymer,CFRP)与金属材料叠层构件铆接工艺复杂化的问题,提出了一种基于矩独立方法的叠层复合材料铆接工艺参数灵敏度分析的方法。首先,以CFRP与铝合金(Al)异质叠层材料结构为研究对象,采用有限元方法建立了CFRP/Al叠层结构的铆接仿真分析模型,并通过试验验证了仿真分析模型的正确性。其次,以铆接干涉量为目标,建立了基于随机森林方法的铆接工艺参数代理模型;随后通过代理模型进行数据扩展,以17项铆接工艺参数为输入变量,铆接干涉量为输出变量,采用基于矩独立的PAWN方法进行全局灵敏度分析,并给出了基于该方法的灵敏度系数。在铆接工艺参数对铆接干涉量的全局灵敏度系数中,异质叠层复合材料的弹性模量和厚度的灵敏度系数较大,分别为0.16921和0.11837,其次是系数为0.012的位移载荷和0.011的铆钉直径。其余工艺参数的灵敏度系数较小,一些对铆接干涉量影响很不显著的参数的灵敏度系数接近0。

SUS441不锈钢/Al金属间化合物微叠层复合板的界面结构与力学性能

采用“表面预处理—交替层叠—热轧复合—热处理”的工艺流程制备了SUS441不锈钢/Al金属间化合物微叠层复合板。利用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜等检测与表征方法研究了热处理温度对复合板界面形貌、微观组织、物相组成、维氏硬度、拉伸性能的影响。结果表明:复合板界面结合良好;热处理后,固–液反应界面氧化严重,易导致界面分层而开裂;固–固、固–半固、固–液热处理后,金属间化合物层由均匀层和两相层组成,均匀层的物相组成为Fe_(2)A_(15),两相层的物相组成为Fe_(4)Al_(13)和Al_(13)Cr_(2),且两相层具有韧性特征,固–半固反应所得到的复合板的综合力学性能最佳。

铝/镁叠层复合材料成形方法及其研究现状

铝/镁叠层复合材料可通过韧脆相复合实现材料强度与塑性的同时提升,并可兼具镁合金高比强度与铝合金可加工性能及耐蚀性好的优点,进一步扩大镁合金的应用范围。综述了铝/镁叠层复合材料制备方法及其优缺点,探讨了铝/镁叠层复合材料层间结合机制、结合界面微观组织演变,界面金属间化合物生成机理、分布、形貌与影响因素及调控机制。

碳纤维与扩散层厚度对Al-Mg-Ti微叠层复合材料组织性能的影响

以1060纯铝、TC4钛合金、AZ31镁合金和镀镍碳纤维编织布为原材料,使用真空热压扩散技术和“箔-纤维-箔”法制备出碳纤维增强Al-Mg-Ti微叠层复合材料。通过控制铝镁保温时间分析了铝镁扩散层厚度对材料组织性能的影响,探讨碳纤维的强化机理,采用X射线衍射仪(XRD)、能谱分析仪(EDS)和扫描电子显微镜(SEM)等分析了复合材料的相组成、元素分布与裂纹扩展形貌,测试了复合材料的抗弯强度和冲击韧性。结果表明:碳纤维增强Al-Mg-Ti微叠层复合材料扩散层厚度随着保温时间的延长而增加,力学性能呈先上升后下降的趋势,碳纤维通过纤维脱粘、纤维拔出和纤维劈裂等方式吸收了大量断裂能,起到显著的增韧效果。在铝钛热压温度640℃保温时间2 h,铝镁热压温度440℃保温时间8 h时,复合材料力学性能最优,抗弯强度为380 MPa,冲击韧度为26.2 J/cm^(2),相对于基体抗弯强度和冲击韧性分别提高了10.8%和30.3%。

Fe-Al金属间化合物基叠层复合材料的界面表征及生长动力学研究

将SUS441不锈钢薄板和1060纯铝薄板交替叠放后,经“轧制复合—合金化退火”工艺制得Fe-Al金属间化合物基叠层(Fe-Al metal-intermetallic-laminate,Fe-Al MIL)复合材料。采用光学显微镜(optical microscope,OM)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、X射线衍射仪(X-ray diffractometer,XRD)等设备测试了不同热处理制度下Fe-Al MIL复合材料的界面微观组织形貌、物相组成及化合物生长行为。结果表明:在640℃退火时,均匀层的主要物相为Fe_(2)Al_(5),且有原子分数为5%~6%的Cr固溶于该均匀层;在高于640℃退火时,除由Fe_(2)Al_(5)相组成的均匀层之外,化合物层还出现了明显的由Fe_(4)Al_(13)相和Cr_(2)Al_(13)相组成的两相层,且两相层交界处有Al_(5.50)Cr_(1.95)Fe_(2.55)相析出;金属间化合物的厚度随退火温度的升高及时间的延长而增加,Fe_(2)Al_(5)相的生长规律满足抛物线法则,其生长激活能为192.28 kJ/mol。

叠层复合磁致伸缩材料驱动器的输出位移特性

采用树脂粘结法制备了叠层复合Terfenol-D棒状材料,并使Terfenol-D层的叠片方向垂直于Terfenol-D的〈112〉轴向。研究了基于此材料的驱动器的输出位移特性,同时还研究了驱动器的涡流损耗.研究结果表明:当驱动磁场频率为2 500～3 000 Hz时,驱动器输出位移最大峰-峰值达到最大25.0～26.0μm,同时输出位移波形随频率也有明显变化;直流偏置磁场对输出位移的影响规律随工作频率不同而不同;基于叠层复合Terfenol-D的驱动器的涡流损耗较基于块状Terfenol-D的驱动器的涡流损耗大大降低。

金属间化合物基叠层复合材料研究进展

金属间化合物基叠层复合材料是受自然界中贝壳结构的启发而设计的一种新型高温结构材料。概述了几种不同体系的金属间化合物基叠层复合材料的国内外研究现状,发现大多数的金属间化合物基叠层复合材料是以金属间化合物作为基体,以金属作为夹层来改善金属间化合物的脆性问题的。此外还对其制备工艺进行了归纳和评述,并对这类新型叠层复合材料的许多不足和发展趋势提出了初步的想法。

泡沫铝/PC树脂/铝合金叠层复合材料的制备与性能研究

利用泡沫铝优良的冲击衰减性能,并以之作为阻尼相制备泡沫铝/树脂/铝合金叠层复合材料,并对其进行了性能研究。结果表明:用热压固化法制备的泡沫铝/树脂/铝合金叠层复合材料界面结合良好,叠层复合材料的弯曲强度达300MPa左右,且具有优良的冲击性能和阻尼吸振性能。

近距爆炸作用下叠层复合夹芯板局部层裂破坏的理论研究

运用一维波动理论研究复合夹芯板中波的传播与局部层裂破坏,考虑应力波在夹芯板各层之间的反射和透射,得到了各层介质中压力时程的理论计算公式,建立一维平面波荷载在夹芯板中传播的理论计算方法。基于动量定律和第一强度理论,得到了夹芯板运动与破坏特征的理论计算公式。理论计算结果与试验结果的比较分析证明了理论计算方法的正确性。夹芯板对爆炸荷载防护特性的分析表明,虽然第一层钢板和夹芯层可以显著降低爆炸冲击波的峰值,但第二层钢板才是抵御爆炸冲击波的主要部位,而复合夹芯层的剥落破坏也需重点关注。

阶跃式多元变参数振动钻削叠层复合材料的加工精度

针对叠层复合材料的微小孔加工 ,提出了阶跃式多元变参数振动钻削新方法 .在钻入、钻中、交互区和钻出的多区段钻削模型基础上 ,分析了交互区的分厚切削特性、自然分屑特性和多倍分离断屑特性 .以入钻定位误差、孔扩量、出口毛刺高度作为钻削过程质量评价指标 ,进行了多元正交多项式回归优化试验 .结果表明 ,阶跃式多元变参数振动钻削显著提高了孔的加工精度 。

性能可调的自润滑叠层复合材料的摩擦学行为研究

以硅钢叠片为强性层,以含MoS2、石墨和环氧树脂构成的复合自润滑材料为塑性层,采用叠装-粘接工艺制备了强性层-塑性层相间的叠层复合材料.通过控制叠片数量,得到了塑性层含量可调的叠层复合材料.采用球-盘摩擦实验机对叠层复合材料的干摩擦性能进行了评价,结果表明:与无塑性层的叠层复合材料相比,含塑性层的叠层复合材料的摩擦学性能得到了明显改善.在载荷为6N、往复频率为4Hz的条件下,塑性层的面积比为40%的叠层复合材料的摩擦系数为0.15,磨损率为3.8×10-7 mm3/(N.m),比无塑性层的叠层复合材料分别降低了76.7%和96%.由磨痕表面的能谱分析发现,叠层复合材料的强性层表面含有C、S、Mo等元素,而在塑性层表面含有Fe、Si等元素,表明在摩擦热作用下塑性层的润滑剂渗出,并转移到摩擦表面形成转移膜,同时塑性层具有嵌藏金属磨屑的能力.在强性层与塑性层的协同作用下,叠层复合材料具有优异的耐磨减摩性能.

Super-Ni/NiCr叠层复合材料与18-8钢的焊接性

采用填丝钨极氩弧焊(TIG)方法对复层厚度仅0.3mm的叠层复合材料与18-8不锈钢进行焊接.通过显微图像分析仪、电子探针(EPMA)和X射线衍射仪(XRD)等对焊缝微观组织、显微硬度和熔合区附近相组成等进行分析.试验发现,焊缝边缘处的奥氏体晶粒生长具有方向性,呈柱状晶形态垂直于熔合区生长;叠层复合材料NiCr基层与焊缝形成可靠的熔合,Super-Ni复层与焊缝过渡区显微硬度升高;18-8钢侧焊缝显微硬度低于不锈钢母材.结果表明,焊接区主要是奥氏体、少量δ铁素体、γ-Ni(Cr,Fe),FeNi等物相;焊接中应使钨极氩弧偏向18-8钢一侧,以避免镍复层过度烧损.

Super-Ni叠层复合材料与钛合金过渡液相扩散焊界面组织特征

以铜箔为中间层,对Super-Ni叠层复合材料与Ti-6Al-4V钛合金进行过渡液相扩散焊.通过扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、显微硬度测试对接头的界面组织及性能进行分析.结果表明,铜箔中间层阻止了钛与镍的扩散接触,防止了Ti-Ni脆性金属间化合物的生成.扩散焊接头由Super-Ni侧扩散层、中间反应层、钛侧扩散层三个特征界面层组成.界面处Ni,Al原子扩散缓慢,Cu,Ti原子充分扩散反应,在中间反应层与钛侧扩散层之间形成由TiCu相组成的锯齿状界面,在钛侧扩散层生成细小的Ti_2Cu相,接头过渡区显微硬度最高达600 HV0.5.

高界面结合强度铜/钼/铜叠层复合材料的制备研究

采用非平衡态的高能铜离子注入技术,对钼芯材表面进行改性并一次覆铜形成过渡铜层,将原本不固溶的的钼/铜界面转化为铜/铜界面,制得高界面结合强度的铜/钼/铜叠层复合材料;采用近终形的热等静压复合技术进行二次覆铜,结合小变形量冷轧工艺进行复合板材精整,降低各层协同变形量,保证了叠层复合材料的板形、芯层质量、表面粗糙度及平行度。本方法所制备的铜/钼/铜叠层复合材料具有界面结合强度高、板形良好、芯层质量好且平行度好的优点,可作为一种电子封装材料或热沉材料应用于电子、信息技术领域。

金属-金属间化合物叠层复合材料研究进展

金属-金属间化合物叠层复合材料既可以保留金属间化合物的高温强度,又可以继承金属在室温下的良好的塑性和韧性,逐渐成为国内外学者的研究重点。本文综述了Ti-Al系、Ni-Al系、Fe-Al系、Nb-Al系及其他常见金属-金属间化合物叠层材料的研究现状,并着重介绍了其常用制备方法,如热压复合法、爆炸焊接法、放电等离子烧结法等,分析了每种制备方法的优缺点。同时从内、外部两个方面归纳总结了金属-金属间化合物叠层材料增韧机理。最后分析了金属-金属间化合物叠层复合材料现阶段研究存在的问题,并认为Ti-Al系叠层复合材料仍将是未来研究的重点。如何进一步提升金属-金属间化合物叠层复合材料的室温塑性和韧性,深入探讨复合材料的增韧机理,优化制备工艺,是金属-金属间化合物叠层复合材料能否实现工程化应用的关键。

Super-Ni叠层复合材料与18-8钢TIG焊接头区的显微组织

采用填丝钨极氩弧焊(TIG)方法对复层厚度仅为0.3mm的Super-Ni叠层复合材料与18-8不锈钢进行焊接试验。焊后对焊缝的微观组织及显微硬度、熔合区附近元素分布等进行分析。结果表明:叠层复合材料与焊缝形成可靠的熔合,Super-Ni复层侧熔合区附近的显微硬度升高(HM190);18-8不锈钢侧焊缝的显微硬度低于不锈钢母材的,不锈钢热影响区的显微硬度最高(290HM);不锈钢一侧热影响区形成δ铁素体和碳化物析出;母材与焊缝间形成Fe与Ni元素的明显过渡,叠层复合材料侧元素过渡区域的宽度为80～85μm,18-8不锈钢侧元素过渡区域的宽度约为20μm;焊接中应使钨极氩弧偏向18-8不锈钢一侧,以避免Ni复层的过度烧损。

玻璃纤维／PC树脂／LY12铝合金叠层复合材料界面处理及其性能

采用热压固化成型工艺,成功制备了玻璃纤维／PC树脂／铝合金叠层复合材料,并对该材料的界面结合状况与性能进行了分析。结果表明:通过对铝合金表面进行喷丸和酸腐蚀综合处理及对玻璃纤维进行O．5%硅烷偶联剂水溶液涂层处理,叠层复合材料各界面的结合状况良好;抗拉强度达到210．2 MPa,抗弯强度达到325 MPa,冲击韧度大于173．5 kJ／m2,其阻尼性能尤其突出,自由衰减率达到0．332,可与粘弹性阻尼材料媲美。

悬臂压电叠层复合梁的弯曲振动固有频率

压电叠层复合梁是一种三叠片对称结构。这里以压电陶瓷-金属-压电陶瓷复合结构为研究对象,给出了悬臂式对称压电复合结构的压电振子弯曲振动共振频率表达式,并建立了相应的有限元模型;计算分析了压电陶瓷-金属复合梁弯曲振动的固有频率值与几何尺寸之间的关系,并与相应的有限元模态分析结果进行了比较。结果表明,两种分析方法得到的压电振子的固有频率值基本符合,计算公式和模型是精确有效的;压电叠层复合梁愈细长则表达式的计算结果愈准确。