碳纳米管铝基复合材料的力学性能研究

碳纳米管铝基复合材料因结构优良且具有良好的力学性能,受到越来越多的研究学者的关注。运用ANSYS有限元软件分析了碳纳米管体积分数、长径比及分散度对复合材料力学性能的影响。结果表明:复合材料的弹性模量、屈服强度及切变模量随碳纳米管体积分数和长径比的增大而增大;泊松比随碳纳米管体积分数、长径比的增大而减小;碳纳米管在铝合金基体中分布越均匀,复合材料的力学性能越好。

碳纳米管铝基复合材料的组织及力学性能

通过搅拌铸造的方式在纯铝中添加了碳纳米管(Carbon Nanotubes,CNTs),并对所获得复合材料的组织和力学性能进行了表征。结果表明,在纯铝中添加碳纳米管后,可显著增加材料的屈服强度(提高18%)。对材料的加工硬化行为分析表明,添加碳纳米管能够提高材料的总初始加工硬化率,即碳纳米管对位错的运动有较强的阻碍作用,因此带来了材料性能的总体提升。

对碳纳米管铝基复合材料的组织及力学性能分析

本文通过对碳纳米管铝基复合材料的组织及力学性能进行分析,希望加强人们对这种复合材料的认识,促使该材料得到更好的应用。

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。

纳米TiB_(2)/7075铝基复合材料超声滚压数值仿真研究

超声滚压数值仿真研究亟待丰富和深入开展。采用温度-应变率相关Johnson-Cook本构模型描述纳米TiB_(2)/7075铝基复合材料塑性变形行为,通过Gleeble热压缩模拟实验结合最小二乘拟合标定相关本构参数。利用有限元软件ABAQUS构建3D全六面体渐变网格模型,通过6个步骤对复合材料超声滚压强化过程进行了数值仿真研究。结果表明,残余应力分布的仿真结果与实测结果存在明显差异,但网格失效形式较好地反映了表层材料的开裂和分层,从模拟角度验证了往复超声滚压过程中过度塑性变形导致材料表面损伤的现象。该结果对金属基复合材料超声滚压工艺的探索和相关数值仿真研究的深入开展具有重要指导意义。

电弧增材制造纳米TiC颗粒增强铝基复合材料组织与性能研究

在金属材料中引入第二相粒子是提高金属材料力学性能的重要手段之一。本文提出一种Al6061铝箔包裹TiC和Al6061的混合粉末形成一种特殊填料焊丝的TiC/Al6061复合材料电弧增材制造的新方法,并分别研究质量分数为1%、2%和3%的TiC颗粒对制备的铝基复合材料组织与性能的影响。结果表明,TiC质量分数为3%的复合材料与基体材料相比,试样的平均晶粒尺寸由45.5μm减小到25.3μm,细化了44.4%;抗拉强度和屈服强度由148.5 MPa和118.0 MPa提升到178.1 MPa和157.3 MPa,分别提升了19.9%和33.3%;平均显微硬度由50.5HV增加至65.2HV,提升了29.1%。理论结合及试验分析表明,TiC的载荷传递强化和晶粒细化以及Orowan强化机制,是材料力学性能提高的主要原因。

Cu层包覆CNTs与原位自生纳米相协同增强铝基复合材料的微观结构及力学性能

以纯铝粉末、CuO粉末和Cu层包覆CNTs为原料,采用快速热压烧结方法制备Al-CNTs(Cu)-CuO复合材料,研究不同质量分数的CuO对复合材料中原位反应生成相特征及其对材料力学性能和磨损性能的影响。研究结果表明:提高铝基复合材料中CuO含量会显著促进Cu层包覆CNTs增强铝基复合材料中Al_(2)Cu及Al_(2)O_(3)纳米相的原位析出,不仅提高了铝基复合材料的强韧性匹配度,而且降低了磨损率,提高了耐磨性能。Cu层包覆CNTs与原位自生纳米相协同强化作用可以有效地提升铝基复合材料的综合服役性能,其在航空航天、轨道交通等领域具有十分广阔的应用前景。

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。

碳纳米管纸基复合材料的制备及电磁屏蔽性能研究

本研究以间位芳纶纤维、浆粕为基体,单壁碳纳米管(SWNT)和多壁碳纳米管(MWNT)为填料,采用造纸湿法成形技术,制备了间位芳纶/单壁碳纳米管纸基复合材料(SP)和间位芳纶/多壁碳纳米管纸基复合材料(MP)。探讨了碳纳米管含量和种类对碳纳米管纸基复合材料导电性能、介电性能、电磁屏蔽效能的影响,并分析了碳纳米管纸基复合材料与电磁波的相互作用。结果表明,SP的表面电导率和体积电导率的逾渗阈值均为0.16%,MP的表面和体积电导率的逾渗阈值分别为0.37%和0.93%。碳纳米管含量相同时,SP比MP具有更高的电导率、介电常数实部、介电损耗和电磁波吸收率,其中SP在8~12 GHz的频率下(厚度0.15 mm)具有27 dB的电磁屏蔽效能。

基于碳纳米管膜的树脂基复合材料电加热除冰技术

本文开展了碳纳米管膜应用于树脂基复合材料电热除冰技术的研究,采用一体化成型工艺制备了碳纳米管膜/复合材料,并对其结构进行优化,考察了碳纳米管膜/复合材料的电热性能和除冰性能。研究结果表明,所得碳纳米管膜/复合材料内部质量良好,电加热性能优异,与金属电热元件相比,其除冰效率高,除冰能耗低。

多壁碳纳米管水泥基复合材料电热融冰性能研究

为了研究碳纳米管水泥基复合材料的电热融冰性能,采用碳纳米管掺量为0.05%的水泥基复合材料,研究其不同龄期的电阻率,并进行融冰实验模拟,测试其不同电压和不同试件尺寸下的融冰质量。结果表明:碳纳米管水泥基复合材料的电阻率随着龄期的增大而增大;融冰质量随着试件尺寸和施加电压的增大而增大,给试件施加60 V电压时的融冰质量比无电压时增加48.1%。碳纳米管掺量为0.05%的水泥基复合材料的电热特性受龄期、试件尺寸和电压的影响,外加电压为60 V时材料的融冰性能优良,可以在200 min内融化60 g左右的冰块。

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。

铝酸盐体系中氧化时间对碳化硅颗粒增强铝基复合材料微弧氧化膜层的影响

[目的]探究氧化时间对碳化硅颗粒增强铝基(SiC_(p)/Al)复合材料微弧氧化膜层的影响。[方法]选用铝酸盐体系作为电解液,对SiC_(p)/Al复合材料进行微弧氧化处理,分析氧化时间对膜层组织结构、物相、厚度、粗糙度、结合力、电绝缘性及耐蚀性的影响。[结果]随着氧化时间延长,膜层逐渐变得连续均匀,厚度增加。若氧化时间过长,膜层会出现层叠现象,形成大尺寸微孔及裂纹,且生长速率越来越低。膜层结合力随氧化时间延长先增大后减小,在60 min时最大,达到39.85 N。氧化时间为10 min时,膜层的电绝缘性及耐蚀性最优,100 V和500 V电压下的绝缘电阻分别达到3.11×10^(12)Ω和1.41×10^(12)Ω,腐蚀电位为-0.6298 V,腐蚀电流密度为1.332×10^(-7)A/cm^(2)。[结论]SiC_(p)/Al复合材料表面微弧氧化膜层的连续性、均匀性及生长速率均与氧化时间有关。需选择合适的氧化时间,才能制备出连续、均匀且综合性能优异的膜层。

氧化锆增强铝基复合材料的制备及性能研究

铝合金由于其强度高、质量轻、价格低等多重优势,在汽车制造、航空航天、水下装备等各个领域都极具应用前景。利用机械搅拌铸造方法制备了不同质量分数纳米氧化钇稳定氧化锆(yttrium oxide stabilized zirconia,YSZ)的Al-YSZ复合材料,研究纳米YSZ质量分数对铝基复合材料组织和性能的影响。研究结果表明,添加的纳米YSZ均匀分布在Al基体中,不与Al基体发生反应。同时能够作为异质形核剂细化晶粒,并通过Orowan强化机制提升复合材料的力学性能。添加质量分数为8%的纳米YSZ的复合材料具有较好的强度和塑性。同时,在受到外力作用时,纳米YSZ会发生从四方到单斜的相变,并产生一定的体积膨胀,在吸收能量的同时改善了复合材料内部的晶格畸变,从而提高了铸态复合材料的塑性。

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。

GB/T 41736-2022《高体积分数碳化硅颗粒铝基复合材料》标准解析

本文简要介绍了GB/T 41736-2022《高体积分数碳化硅颗粒铝基复合材料》标准的制定背景和过程。对该标准中的适用范围、术语和定义、分类和标记、技术要求、试验方法、检验规则以及包装、运输、贮存和标志等关键内容进行了解析,为标准使用人员更好的解读本标准提供技术支撑。GB/T 41736-2022是一项产品标准,适用于精密仪器、电子元器件制造用高体积分数碳化硅颗粒铝基复合材料。

预处理对TiB_(2)增强铝基复合材料电弧增材影响

以TiB_(2)/6056铝基复合材料丝材为焊材,采用冷金属过渡焊接技术,研究TiB_(2)增强铝基复合材料丝材的电弧增材,重点分析预热处理对增材层成形及接头质量的影响。结果表明:当焊接电流为140 A、送丝速度为8 m/min、焊接速度为5 mm/s、基板预热温度为200℃时制备的增材层与基板未预热制备的增材层相比,外观成形更好,气孔数目降低,气孔尺寸减小,晶粒更细小,TiB_(2)颗粒分散更好,且增材层硬度与拉伸性能均得到了提高。

超声振动优化铝基复合材料中亚微米TiB_(2)颗粒分布及其对力学性能的影响

利用熔盐-金属反应法成功制备了9 mass%TiB_(2)颗粒原位增强Al-4.5Cu铝基复合材料,研究超声振动处理对团聚状亚微米TiB_(2)颗粒分布的改善作用。结果表明:利用超声振动产生的空化效应和声流效应,有效消除了熔体中颗粒团聚的现象。经超声处理4 min后,TiB_(2)颗粒均匀地分散在整个熔体中,由小于100 nm的TiB_(2)颗粒形成的微小团聚也被打散。复合材料凝固后,有一些小于400 nm的TiB_(2)颗粒分散在晶界附近的基体中。超声振动处理4 min后,复合材料的屈服强度比基体合金和未超声振动处理的复合材料分别提高119%和64.3%,这主要是由于超声振动处理使得TiB_(2)颗粒细小并弥散分布在复合材料的基体中,导致Orowan强化和热膨胀错配强化效果增强,从而使其强度增加。

喷射沉积超高强铝基复合材料的组织及性能研究

采用喷射沉积技术研制铝基SiC复合材料,通过调整喷射沉积参数(雾化压力、扫描频率)和同轴送粉设备参数,研制出SiC均匀分布的直径为φ255 mm、高度为500 mm的喷射沉积铝基复合材料坯锭。微观组织结果表明,沉积坯锭晶粒均匀细小,无宏观偏析现象,晶粒平均尺寸为(17.3±4.7)μm,但部分晶粒之间存在微孔缺陷。SiC颗粒在基体中没有明显的富集,呈弥散分布,尺寸约5~20μm,且在SiC颗粒附近有微孔缺陷。经挤压处理、双极固溶处理、峰时效处理后,合金的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、弹性模量分别为650 MPa、600 MPa、6%、85 GPa,并且组织致密无微孔。

正交三向织物增强铝基复合材料的高温拉伸力学行为与失效机理

针对真空压力浸渗制备的正交三向织物增强铝基复合材料,采用实验与数值模拟方法研究了高温(400℃)下的准静态拉伸力学响应及损伤演化与失效行为;根据纱线微观组织和织物结构分别建立了微观和细观尺度代表性单胞,基于组分材料的温度相关的性能参数构建微观单胞有限元模型,计算获得不同温度下纱线的横向和轴向力学性能,进而采用包含基体、纱线、界面的细观单胞有限元模型分析了复合材料热应力和高温拉伸力学行为。结果表明:室温下复合材料存在与织物结构相关的非均匀分布的残余应力,纳米压痕法测得的残余应力与模拟值基本一致,高温状态下残余应力得到释放并使基体和纱线分别处于压应力和拉应力状态;复合材料的高温拉伸模量、极限强度和断裂应变的实验均值分别为107.1 GPa、657.1 MPa和0.78%,均匀化计算的高温拉伸曲线与实验曲线总体上吻合。拉伸初期纱线交织处的基体和界面首先发生损伤,捆绑纱弯曲部位出现局部失效,但复合材料表现出线弹性力学行为。随着拉伸应变增大,捆绑纱和纬纱先后发生断裂,且二者与基体之间的界面出现脱黏现象,拉伸曲线开始表现出非线性特征。拉伸后期经纱失效区域的扩展使得拉伸切线模量明显下降,经纱的轴向断裂最终导致复合材料失去承载能力。数值模拟和断口分析表明,纬纱和捆绑纱因横向开裂而形成较平整的断裂面,经纱轴向断裂后拔出长度参差不齐,其断口存在纤维拔出及其周围基体撕裂破坏的微观特征。