TA4/Q235层状复合材料激光穿透焊研究

为解决钛/钢层状金属在熔焊过程中易产生脆性金属间化合物而导致接头出现裂纹、难以实现可靠连接的难题,对TA4和Q235层状复合材料的激光穿透焊接进行工艺探索,并添加T2紫铜作为中间层进行工艺优化。结果显示,在合适的工艺参数下,TA4/Q235激光穿透焊接接头呈酒杯状,焊缝上下部分出现明显的元素交换,引发裂纹缺陷;引入Cu作为中间层后,得到的Ti-Cu-Fe焊接接头成形良好。能谱分析结果表明,添加Cu可有效阻隔Ti、Fe的直接接触,避免了脆性金属间化合物的产生,焊缝晶粒在一定程度上得以细化且开裂现象明显减少,从而改善了TA4/Q235的焊接性;激光穿透焊接的最佳参数为激光功率3 000 W,线速度2.0 m/min。研究结果对Ti/Fe复合板在航空航天、石油化工等领域的应用有积极的探索作用,具有重要的工程应用前景。

层状复合材料制备工艺现状及未来发展展望

主要阐述了各种层状复合材料制备工艺的特点及其在现实生产中的优势及不足。其中,固-液铸轧法作为一种将铸造法与轧制法结合起来的复合材料制备方式,或可成为铝基复合材料未来连续化、批量化生产的主要研究方向。

金属层状复合材料的力学行为及微观变形机理

金属层状复合材料作为一种典型的非均质材料,通过调控其内部的多尺度微结构特性,可以实现金属结构材料强度-韧性的协同提升,在高端先进制造领域具有潜在的应用前景。金属层状复合材料的宏观力学性能显著依赖于各组元层的性能、厚度和异质界面的结构特性。变形过程中材料内部的微观应力/应变在异质界面处的协调特性对组元金属的形变微观机制产生重要影响,进而影响复合材料整体的性能。因此,探索金属层状复合材料的“微观结构-力学行为-变形机制-宏观力学性能”的内在关联并揭示其对应的微观形变机理,对设计具有优异综合力学性能的金属层状复合材料有重要的理论指导意义和实际应用价值。聚焦于晶态金属层状复合材料的微观力学行为及变形机理,介绍了其力学行为的尺寸与界面效应,着重讨论了室温下材料的微观形变物理过程,阐明了非均匀金属层状复合体强韧化的机理。最后,对金属层状复合材料力学行为的研究进行了简要展望。

不同铝合金对Al/Mg/Al层状复合材料腐蚀行为的影响

将镁合金与铝合金经过热轧制成Al/Mg/Al层状复合材料,结合析氢试验、电化学试验和电偶试验,对1060/AZ31/1060、5052/AZ31/5052和6061/AZ31/6061在3.5%(质量分数)NaCl溶液中腐蚀行为进行研究,通过分析其腐蚀形貌、腐蚀产物、析氢速率、动电位极化曲线和交流阻抗谱,探究Al/Mg/Al层状复合材料的腐蚀机理。结果表明:Al/Mg/Al层状复合材料的表面腐蚀行为与铝合金的腐蚀行为相似,其相对于原始镁合金的腐蚀电流密度降低了两个数量级;Al/Mg/Al层状复合材料截面腐蚀产物呈颗粒状密集分布在镁一侧,腐蚀行为主要受电偶效应的影响,镁-铝电偶对电偶电流可达10^(-3)A·cm^(-2)数量级;对应的三种镁-铝电偶对电偶电流密度和电偶电位与混合电位理论拟合值相差不大;三种Al/Mg/Al层状复合材料中5052/AZ31/5052的整体耐蚀性最好。

基于物质点法Ti/Al_(3)Ti层状复合材料抗斜侵彻性能研究

为研究Ti/Al_(3)Ti层状复合材料在弹体斜侵彻下的防护性能以及解决有限元法模拟侵彻过程存在的网格畸变问题,利用物质点法建立了弹体侵彻Ti/Al_(3)Ti层状复合材料的数值模型,模拟了弹体侵彻Ti/Al_(3)Ti层状复合材料的过程,得到的弹道冲击靶板应变云图和弹体剩余速度时程曲线与已有文献结果对比,吻合较好。并基于物质点法模拟了卵形弹以不同入射角度侵彻Ti/Al_(3)Ti层状复合材料的过程。当弹体入射角度θ从0°增加到45°时,弹体垂直靶板方向弹体剩余速度减少,Ti/Al_(3)Ti层状复合材料的能量吸收率从43.4%增加至99.9%。且当弹体入射角度为45°时,发生了明显的跳弹现象。结果表明:随着弹体入射角度的增加,Ti/Al_(3)Ti层状复合材料的抗斜侵彻性能提升。

热等静压烧结制备Ti/Al_(3)Ti金属间化合物层状复合材料的微观结构和性能

Ti/Al_(3)Ti金属间化合物层状复合材料因其本身具有高比弹性模量、低密度、高比强度、抗蠕变能力强、抗氧化能力强、耐高温等优异的性质,在航天精密零部件、装甲防弹、现代武器、汽车工业等领域广泛应用。利用热等静压烧结工艺制备了Ti/Al_(3)Ti金属间化合物层状复合材料,对复合材料的微观结构、显微硬度、压缩性能、拉伸性能进行了探究。结果表明:在保温700℃、压力为150 MPa条件下,烧结得到的复合材料无明显缺陷、界面结合良好;复合材料的硬度值呈周期性变化,Ti层在300 HV左右、Al_(3)Ti层在530—600 HV之间、中心线处在530—540 HV之间;Ti层的引入对复合材料整体韧性有所提升,在静态压缩测试中垂直于叠层方向的平均最大抗压强度为1185.1 MPa、平行于叠层方向为894.6 MPa,在静态拉伸测试中最大抗拉强度为281.7 MPa。说明,采用热等静压烧结工艺制备的Ti/Al_(3)Ti金属间化合物层状复合材料具有优异的力学性能。

铜铝层状复合材料研究进展

铜铝层状复合材料既具有铜优良的导电和导热性能,又具有铝的质轻、耐腐蚀的优点,兼具优良性能和成本经济,可广泛应用于电力电气、通讯、新能源等领域。鉴于铜铝层状复合材料的优良性能和广泛的应用前景,铜铝层状复合材料逐渐成为当前研究的热点,本文主要对铜铝层状复合材料的制备工艺、复合机理、变形行为、热处理以及导电性能等研究进行综述。

碱式碳酸铜层状复合材料制备及类芬顿催化性能研究

以层状双金属氢氧化物(LDHs)作为载体,采用机械混合法将催化活性物质负载于LDHs表面,制备了碱式碳酸铜/NiAl-LDHs层状复合催化剂。以亚甲基蓝为降解物,研究了碱式碳酸铜,NiAl-LDHs和复合后样品的类芬顿反应活性。利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜等方法分析了复合物的结构和形貌、复合材料中碱式碳酸铜和NiAl-LDHs界面结合方式,研究复合催化剂制备方法、界面结合方式等对其催化性能的影响。实验结果表明:复合催化剂中碱式碳酸铜和NiAl-LDHs以片/片界面方式结合;碱式碳酸铜/NiAl-LDHs层状材料作为催化剂时反应速率增加,表现出最佳的催化活性;催化反应2 min后亚甲基蓝完全脱色,反应速率常数为1.367 min^(-1)。最后,结合亚甲基蓝降解反应动力学阐释了降解机理。

玻璃纤维强化Ti/Al_(3)Ti层状复合材料的方法与性能研究

利用真空热压烧结工艺,以一种新型的材料排列方式(复合材料前半部分为Ti/Al_(3)Ti层状复合材料,后半部分在Ti/Al_(3)Ti层之间扦插玻璃纤维),成功利用玻璃纤维强化Ti/Al_(3)Ti层状复合材料。在同样的工艺条件下,通过改变玻璃纤维的层数(玻璃纤维的体积分数),探究玻璃纤维的层数对复合材料静态压缩性能、静态拉伸性能的影响。研究结果表明:随着玻璃纤维层数的增加,复合材料的静态压缩性能与静态拉伸性能都有提升,但不是简单的正相关,而是前期提升效果明显,后期提升效果不明显;同时,复合材料的静态压缩性能在沿垂直于叠层方向测试时,提升效果要比沿平行于叠层方向测试时明显。

Al_2O_3/W层状复合材料性能及微观结构研究

本文利用离心注浆成型法成膜，热压烧结制备了Ａｌ２Ｏ３／Ｗ层状复合材料，研究了Ａｌ２Ｏ３层、金属Ｗ层厚度对材料性能的影响，利用ＸＲＤ、ＳＥＭ对金属Ｗ层的组成及材料微观结构进行了分析和观察，探讨了层状复合材料的微观结构和金属层的组成变化对材料性能的影响．

异种金属层状复合材料累积叠轧工艺的研究进展

综述了异种材料累积叠轧技术,介绍了累积叠轧的工艺原理及异种材料累积叠轧试样的宏观结构和力学性能研究进展,分析了层状复合材料累积叠轧工艺的复合机理和强化机制,最后展望了异种材料累积叠轧工艺的应用和发展并对进一步的研究提出了建议。

SiC基层状复合材料界面层的选择

利用凝胶注模成型SiC基体层 ,以喷涂法、流延法、金属箔法、浸涂法分别加涂W ,W -2 % (质量分数 ,下同 )Co ,Ta,BN界面层 ,通过热压烧结制备了SiC/W ,SiC/W -2 %Co ,SiC/Ta ,SiC/BN层状复合材料 .在复合材料高温制备过程中 ,金属W ,W -2 %Co ,Ta与SiC反应生成了碳化物和硅化物 ,失去了金属塑性 ,未能实现裂纹尾流区桥接、残余应力增韧等金属界面层层状复合材料赖以大幅度提高其强韧性的增韧机制 ,其增韧效果仅与BN陶瓷界面层的增韧效果相当 .此外 ,研究表明 ,提高基体层力学性能可以显著提高层状复合材料的强韧性 .制备的SiC/BN层状复合材料的室温三点弯曲强度为 72 9.86± 114 .0 2MPa、室温断裂韧性为 2 0 .5 8± 2 .77MPa·m1 /2 ,其主要增韧机制包括裂纹分叉钝化、裂纹偏转。

放电等离子快速烧结SiC晶须增强Si_3N_4BN层状复合材料

采用放电等离子烧结技术(SPS)快速烧结了SiC晶须增强的Si3N4/BN层状复合材料.利用SPS技术,在烧结温度为1650℃、保温15min的条件下,材料的密度可达3.18g/cm3,抗弯强度高达600MPa,断裂功达到3500J/m2.研究表明:特殊的层状结构、SiC晶须的拔出与折断是材料断裂功提高的主要原因.X射线衍射及扫描电子显微镜研究表明:α-Si3N4已经在短短的烧结过程中全部转变成长柱状的β-Si3N4,并且长柱状的β-Si3N4和SiC晶须具有明显的织构.

ZrB_2基层状复合材料的制备与性能研究

以SiC颗粒和纳米SiC晶须复合增韧的ZrB2为基体层,以金属Mo为界面层,采用轧膜成型和热压烧结的方法,在1950℃,1h,25MPa压力/Ar气氛的条件下,成功制备了ZrB2/Mo层状复合材料。结果表明:制备的ZrB2/Mo层状复合材料的室温断裂韧性可达9.3±0.21MPa·m1/2;通过对Mo界面层的合金化可使其抗弯强度达到400±36MPa,并且减弱了Mo层的室温脆化,克服了层状材料开裂现象。其主要增韧机制包括裂纹分叉钝化、裂纹偏转、裂纹沿界面层并行扩展等。Mo与ZrB2基体层发生界面反应生成MoB,ZrB以及Mo5SiB2,从而形成了强结合界面,影响了层状结构强韧化优越性的发挥。

镁/铝层状复合材料的扩散连接制备及界面特性

采用扩散连接制备了镁/铝层状复合材料,进而采用热处理改善界面结合性能,最后利用纳米压痕技术初步研究了复合材料的界面结合状况。结果表明,采用400℃/30MPa/10min、400℃/40MPa/10min和400℃/30MPa/20min3种条件均可获得连接较好的层状复合材料,但400℃/30MPa/10min条件下扩散层不明显;利用热处理可以改善界面结合状况,对于扩散层明显的复合材料,热处理可以大大增加扩散层厚度;扩散层的纳米硬度比基体高约3倍,弹性模量介于镁合金的与铝合金的之间。

SiC/W层状复合材料力学性能与显微结构的研究

用金属钨作为延性层,增韧碳化硅陶瓷,制备了SiC/W层状复合材料,并测试了其力学性能。结果表明,在保持强度不变的同时,断裂韧性提高了1倍。XRD和SEM分析发现,W和SiC发生化学反应,界面产生新相,增强了层状复合材料的界面结合,但同时降低了金属对陶瓷的增韧效果。

金属层状复合材料的研究状况与展望

回顾了金属层状复合材料在工艺、机制方面的研究现状,分析了存在的问题,并对今后的研究进行了展望。

Al_2O_3/Ti_3SiC_2层状复合材料的制备与性能

采用两种方法制备Al2O3/Ti3SiC2层状复合材料,一是原位-热压法,即Ti3SiC2是在层状材料的制备过程中同时被合成的;一是分步法,即制备过程分两步进行,首先制备出Ti3SiC2高纯粉,再采用热压法进行烧结制备层状材料。两种方法制备的Al2O3/Ti3SiC2层状复合材料强度保持在450MPa以上,断裂功达到1200～1560J/m2,相对Al2O3块体材料提高十余倍。另外,不同的制备方法得到不同的组成和显微结构,决定了这两种Al2O3/Ti3SiC2层状复合材料性能的差异:前者强度较高韧性较低,后者强度较低而韧性较高。

液固包覆法制备Al-Pb层状复合材料及其界面研究

利用键参数函数理论分析了第三组元Bi或Sn作为Al-Pb非混溶体系实现冶金结合一体化的可行性,并采用液-固包覆成型的方法制得了Al-Bi-Pb及Al-Sn-Pb层状复合材料,通过SEM、EDS等检测手段分析研究试样的显微组织,并讨论了界面的扩散现象。结果表明:第三组元Bi或Sn的引入将Al、Pb的混合焓ΔHmin降低到零以下,在扩散动力学作用驱使下使各元素间在界面处发生了迁移和互扩散,形成了成分调控区,表现为一条状的均质固溶体带,实现了Al与Pb之间的冶金结合。

Cu/Mo/Cu平面层状复合材料的研究进展

总结了Cu/Mo/Cu平面层状复合材料的特点和应用,通过平面层状结构设计,可以实现其在平面(x,y)方向更低的热膨胀系数和更高的热导率,其中热导率最高可达370W·m-1·K-1;介绍了其研究现状和制备方法,并通过对制备工艺的对比分析,指出热压复合和轧制复合是Cu/Mo/Cu层状复合材料生产工艺的发展趋势及方向。