冲击剪切载荷下SiC_P/6151Al复合材料变形局部化及增强颗粒尺寸效应

利用特殊设计的“hat shape”试样 ,在分离式 Hopkinson压杆和 MTS通用材料试验机上实验研究了颗粒尺寸和应变率对颗粒增强金属基复合材料 (Si CP/ 6 15 1Al)变形局部化行为的影响。结果表明 :颗粒尺寸对复合材料的变形强化与变形局部化行为有显著影响。具体表现为 :颗粒越小 ,复合材料流动应力越高 ,即强化效果越好 ;另一方面 ,对受载试样的微观检测发现 ,颗粒越小 ,复合材料剪切变形局部化越明显。同时发现 ,冲击载荷 (高应变率 )

利用强磁场控制SiC_p/Al复合材料增强颗粒分布状态

通过在不同的强磁场条件下进行低体积分数SiC颗粒增强铝基复合材料的熔化和凝固试验,研究了利用强磁场控制SiC颗粒在Al基体中分布的可行性,分析了强磁场强度和种类对SiC颗粒与基体间界面的影响效果。研究发现,均恒强磁场能够促进SiC增强颗粒在铝基体中均匀分布,而通过选择磁场参数可以实现利用梯度强磁场控制增强相在基体中的运动行为。对于SiC/Al复合体系,强磁场能够抑制界面反应而有助于界面复合,在Al-Si合金为基体的情况下,复合材料界面结合良好。

氩弧熔覆含Al_2O_3-TiB_2增强颗粒的自熔性镍基合金复合层的冲蚀磨损性能

为了提高Al2O3-TiB2复相陶瓷涂层的冲蚀磨损性能并降低熔覆成本，以Ni60A自熔性合金粉末、Al2O3粉末以及Al2O3-B2O3体系为原料，在Q235钢表面氩弧熔覆原位合成了Al2O3-TiB2增强颗粒复合层。采用金相显微镜、x射线衍射仪、显微硬度仪及冲蚀磨损试验对熔覆层的显微组织、物相结构、显微硬度和耐冲蚀磨损性能进行分析。结果表明：熔覆层与基体之间的结合方式为冶金结合，界面无气孔、裂纹；熔覆层中有Al2O3，TiB2，Fe2B和Fe19Ni3相生成；熔覆层的显微硬度最高可达771．9HV，较基体提高了3．82倍；熔覆层的冲蚀磨损性能相对基体提高了2．49～4．70倍。

增强颗粒对混凝土斜面压剪破坏过程的影响

为提高新老混凝土黏结性能,提出了一种在自密实混凝土表面撒干石子替代混凝土表面凿毛的新工艺.将石子视为黏结面增强颗粒,利用岩石破裂过程分析系统（RFPA）软件,进行了不同黏结强度斜面压剪试件和黏结面含增强颗粒斜面压剪试件在单轴压缩荷载作用下破坏过程的数值模拟,并将自密实混凝土表面撒不同粒径干石子的斜面压剪试验结果与数值模拟结果进行对比.数值模拟分析了不同黏结强度斜面压剪试件的破坏模式以及主裂纹产生、扩展、贯通、次生裂纹产生等过程.结果表明：对强度等级高于C35的新老混凝土,当黏结面黏结强度小于30MPa时,斜面压剪强度取决于黏结面黏结强度,不同强度等级混凝土的斜面压剪强度相近;当黏结面黏结强度大于30MPa时,斜面压剪强度随混凝土强度等级增大而增大,最后稳定在混凝土轴心抗压强度附近.单增强颗粒的大小对试件弹性模量和斜面压剪强度影响较小,可以忽略;多增强颗粒的粒径越大,越有利于提高斜面压剪强度,且黏结面不再是最薄弱位置.实际试验结果与数值模拟结果吻合较好,当混凝土表面撒有粒径为5～20 mm石子时,其斜面压剪强度比表面凿毛试件提高107%.

增强颗粒对Sn0.7Cu基复合钎料铺展性能的影响

以Sn0.7Cu共晶钎料作为基体钎料,通过添加微细金属颗粒(1μmAg、1μmNi和8μmCu)形成颗粒增强复合钎料。研究了增强颗粒对复合钎料铺展性能的影响,优选出Sn0.7Cu基复合钎料的最佳增强体。研究表明:Ni(3vol%)颗粒增强Sn0.7Cu复合钎料铺展性能差;Cu(3vol%)颗粒增强复合钎料铺展性能不如Ag(3vol%)颗粒增强复合钎料;对于金属颗粒增强Sn0.7Cu基复合钎料,Ag颗粒为最佳增强体。

金属基复合材料中增强颗粒微观应力的数值分析

采用有限元方法分析了在微观状态下的颗粒增强金属基复合材料中颗粒的受力。颗粒简化成圆球、圆锥、圆柱和带圆角的圆柱形状。结果表明 ,由于颗粒和基体的弹性模量的差异 ,使颗粒出现应力集中。圆柱形颗粒的应力集中在基体达到屈服后要远远高于其他三种颗粒。同时 ,随着圆柱形颗粒的长径比增大 ,应力集中也增大。

SiC增强颗粒分布规律对梯度装甲板抗侵彻过程的影响

利用LS-DYNA软件,对SiC颗粒增强铝合金复合材料的增强相体积百分含量沿厚度连续分布的梯度装甲板进行了抗侵彻过程的数值分析。给出了四种SiC体积含量连续分布的梯度板模型抗侵彻过程的数值计算结果,并与钢板材料进行比较。结果表明:改变梯度装甲板增强颗粒的体积含量沿装甲板厚度方向的分布,能极大地提高梯度装甲板的抗弹击性能,大大地降低防护装甲的自身重量。当SiC颗粒平均体积含量一定时,SiC增强颗粒在表面的体积含量越高,抗侵彻性能越好,也就是f0=0.80,参数b=4时,具有最佳的抗侵彻能力,比同厚度的钢板要好得多。

静电增强颗粒层除尘器除尘效率的理论与实验研究

静电增强颗粒层除尘器 (EGB)是一种新型高效除尘器。本文采用孤立球模型 ,推导出孤立颗粒的截留效率计算式和静电效率计算式 ,进一步提出了EGB除尘总效率计算式。经过颗粒层除尘器 (GB)和EGB除尘效率对比实验研究表明 :静电能明显提高除尘效率 ,为设计和研制高效颗粒层除尘器提供了理论依据。

增强颗粒对铝基复合材料摩擦学性能的影响

采用自制的摩擦磨损试验机考察了增强颗粒对铝基复合材料摩擦磨损性能的影响 .结果表明 :在基体合金、陶瓷颗粒尺寸和体积分数相同的条件下 ,Si C增强铝基复合材料的摩擦磨损性能优于 Al2 O3增强铝基复合材料 ;增大颗粒尺寸或增加颗粒体积分数均使得 Si C颗粒增强铝基复合材料的平均摩擦系数略有降低 ,耐磨性能提高 ;在与半金属摩擦材料配副时 ,颗粒增强铝基复合材料的摩擦系数与基体合金的相近 ,耐磨性能提高了

铁基复合材料中原位TiC增强颗粒生成机制

在合金熔体中采用不同时间取样,通过液淬的方法,将铁基复合材料的液态合金熔体迅速冷却到室温,固定熔融条件下的形态,观察金相组织,分析其变化情况。结果表明:根据热力学及动力学分析,合金熔体在富碳区TiC的形核率很高,形核驱动力足以在正常熔炼温度下形成众多的小晶核;熔体中TiC颗粒的形成可分为形核与长大阶段,首先活性Ti原子包围C,溶入合金中的Ti与C在碳表面形成一复杂反应中间层,随着反应进行,Ti和C颗粒不断减少,生成的TiC不断弥散分布于熔体中;其长大过程伴随着TiC颗粒的相互堆砌、聚集和形态规则化。

增强颗粒对颗粒增强铝基复合材料强度的影响

通过ASHALBY等效夹杂理论分析复合材料受载时作用在增强体上的应力,并假设增强体的断裂符合WEIBULL分布,在综合考虑复合材料各种强化机制的基础上引入增强体断裂对材料屈服强度的影响,建立了一个复合材料的屈服强度模型,将其应用于SiC颗粒增强Al基复合材料,发现在屈服状态下复合材料的颗粒断裂分数随着增强体的体积含量和粒度的增加而增加,但增强体粒度变化对颗粒断裂影响更大。同时发现WEIBULL常数m取3时模型预测强度值与实测强度吻合得很好。

激光熔覆原位析出增强颗粒热力学及显微组织研究

把理论与试验相结合,通过热力学理论计算,选择出合理的激光熔覆涂层体系,利用横流CO2激光器在铜合金表面激光熔覆Ni基复合材料涂层,原位自生陶瓷颗粒增强相。通过对激光熔覆涂层反应体系ΔGT的计算及XRD分析得知:TiB增强颗粒可以原位生成。利用OM、SEM和显微硬度计,分析测定涂层的显微组织形貌和截面显微硬度分布情况。结果表明:熔覆层与基体具有良好的结合界面,涂层内枝晶组织细小均匀。熔覆层平均显微硬度比基体显著提高,约为基体平均硬度值的3倍。

增强颗粒Cu对锡铅基复合钎料铺展性能的影响

颗粒增强是提高合金性能的重要手段之一。增强体的不同含量对基体的性能会产生不同的影响。分析和讨论了Cu的不同体积分数对Cu颗粒增强的锡铅基复合钎料铺展性能的影响。试验结果表明:当Cu颗粒的体积分数小于1%时,随着Cu的体积分数的增加,复合钎料的铺展性能有所提高;当Cu的体积分数大于1%时,随着Cu颗粒体积分数的增加,复合钎料的铺展性能降低;当Cu颗粒的体积分数大于10%时,复合钎料的铺展性能急剧降低,且外观质量变差。

增强颗粒在铝基复合材料中的作用

主要讨论了铝基复合材料中常用的几种增强颗粒SiC、B4C、TiC、Al2O3、TiB2、AIN的特性及制备中可能与基体发生的界面反应和改善方法，从而可选取适当的铝基体与增强颗粒组合，通过适当的方法，制备出高性能的复合材料。

TiB2增强颗粒含量对6061铝基复合材料性能的影响

通过不同的TiB2增强颗粒含量,研究其对6061铝基复合材料性能的影响。结果表明,当TiB2颗粒含量≥7.5%时,复合材料的弹性模量会优于基材,且在7.5%~10.0%内,颗粒含量越多,弹性模量越大;当TiB2颗粒含量≥7.5%时,材料的抗拉强度、伸长率以及硬度均优于基材,随着TiB2颗粒含量继续增加,材料的屈服强度先降低后提高。

增强颗粒对FSP制备7075铝基复合材料冲击性能的影响

采用搅拌摩擦加工(FSP)技术,分别将TiB2、TiC和Cf增强颗粒植入7075铝合金板材,制备铝基复合材料,通过冲击载荷试验分析了不同增强颗粒对复合材料冲击性能的影响。结果显示,植入增强颗粒后的复合材料均具有良好的冲击性能,特别是植入Cf后,其冲击韧性远高于母材,达到母材的1.85倍,利用扫描电镜观察断口形貌发现其断裂韧窝形貌大小均匀平整,断裂形式为韧性断裂,增强颗粒均有效地植入材料内部。

SiCp／Al基复合材料中增强颗粒统计特征的定量化研究

基于微观组织对SiC颗粒增强铝基复合材料中SiC颗粒的特征做统计性的定量分析，研究了SiC颗粒的形状、光滑度以及粒度等特征分布规律。结果表明：增强颗粒的形状因子在正方形（1：1）与长方形（1：2）之间，且表面光滑程度相似。粒径范围为1-12μm之间，大小分布规律可用GaussAmp函数表示，位置分布带有明显的团聚特征。根据所获得的颗粒统计特征规律建立了基于视场的胞元模型，其视场范围为295μm×190μm。颗粒的形状视作长方形，边长分别为5μm和7．5μm，颗粒的面积百分数为19．09％，颗粒呈带状分布，所划分的四个区域内颗粒的个数分别为29、126、105、25。

颗粒增强粘接层结构参数对连接强度的影响及工艺优化

基于Box-Behnken design(BBD)响应面法,开展颗粒增强粘接试验研究,构建粘接层结构参数(粘接层厚度、颗粒粒径和颗粒体积分数)与失效载荷和能量吸收值之间的多元回归模型,辨析粘接层结构参数对接头力学性能的影响规律;同时,结合多目标遗传算法,开展粘接工艺的多目标优化,并进行试验验证。结果表明:单因素分析中,颗粒体积分数对接头强度的影响最大;交互作用分析中,粘接层厚度和颗粒体积分数对接头连接强度的影响最为显著。通过Pareto解集确定的最优粘接层结构参数组合为粘接层厚度0.531 mm、颗粒粒径61.765μm、颗粒体积分数4.099%,遗传算法的预测值与试验值之间的误差分别为5.7%(失效载荷)和0.9%(能量吸收值)。

原位合成颗粒增强铜基复合材料的研究进展

弥散强化型铜基复合材料,兼具优异的导电导热性能、高强度、良好的热稳定性和耐磨性,是核反应堆、航空器及高端装备中各种导电导热元件的关键材料,在核电、航空、交通、军事等诸多重要领域有不可替代的作用。原位合成法是在一定温度下金属基体内发生化学反应,原位生成一种或几种陶瓷增强体的技术。原位反应制备颗粒增强铜基复合材料存在两个重要的问题亟待解决:一是增强相的团聚问题,二是增强相的尺寸调控问题。本文总结了几种较为常用的制备弥散强化型铜基复合材料的原位合成方法,并对比分析了几种方法的特点、优劣及技术难点。同时,本文综述了原位合成法对铜基复合材料中颗粒尺寸和分布的影响,分析了原位合成法不同参数对复合材料力学及综合性能的影响规律,并从增强相颗粒形核与生长的原理出发,提出了促成细小弥散颗粒增强相的工艺方案。

颗粒增强铝基复合材料热等静压近净成形有限元模拟

目的建立可靠的模拟方法,以更高效地预测颗粒增强铝基复合材料(PRAMC)粉末热等静压中的形状变化和不同部位致密度的差异,解决传统实验试错方法适用性差且费时费力的问题,满足批量应用的需求。方法以45%(体积分数)SiCp/6092Al复合材料为研究对象,构建了能预测粉末热等静压成形过程的有限元模型。使用Gurson-Tvergard-Needleman(GTN)模型作为粉末本构模型,建立了粉末尺度的代表性体积单元(RVE)对GTN模型进行修正。结果通过对比GTN模型计算结果与实验结果,发现修正后的GTN模型能更准确地预测模型的最终变形尺寸,与修正前相比,相对误差降低了1.6%~2.9%。使用修正后的GTN模型对杯形回转体零件的热等静压成形过程进行预测,最终形状的计算结果与实验结果的相对误差仅为0.2%~3.1%,致密度分布的相对误差在0.5%以内。在探究包套厚度对热等静压过程的影响时发现,随着包套厚度的增大,热等静压过程中的屏蔽作用增强,内部粉体致密度下降。结论为PRAMC热等静压近终形制备的形状和致密度控制问题提供了有限元预测工具,辅助优化了热等静压工艺和包套设计,降低了颗粒增强铝基复合材料热等静压近净成形过程开发的试错成本。