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。

碳纤维增强树脂基复合材料的层间颗粒增韧技术研究进展

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)具有高强高模的优点,被广泛应用于汽车、体育、船舶、航空航天等领域,达到了材料轻量化的要求。目前使用较多的树脂基体以环氧树脂(EP)等热固性树脂为代表,普遍存在脆性大、韧性差的问题,导致复合材料层合板容易在层间发生开裂。层间增韧是一种有效的增韧方式,它可以在不改变基体树脂粘度的情况下对特定区域进行增韧,提高材料的断裂韧性。本文介绍了层间断裂模式并总结了层间断裂韧性(ILFT)测试的数据处理方法,总结了聚合物颗粒与无机纳米颗粒(主要是碳纳米管)的颗粒种类、增韧机制、引入方式,并主要通过层间断裂韧性评价了各种颗粒的增韧效果。

颗粒增强铝基复合材料的制备与界面行为

【目的】探讨颗粒增强铝基复合材料(particle-reinforced aluminum matrix composites,PAMCs)性能提升、应用前景等。【研究现状】概述PAMCs复合材料的主要制备方法,主要包括搅拌铸造法、原位合成法、粉末冶金法、喷射成形法、挤压铸造法、直接氧化法、高温水热合成法等;从结合方式、结合强度、界面表征等方面对PAMCs界面进行介绍;从强化机制和增强体因素等方面对界面力学性能进行概括。【结论与展望】复合材料的制备方法对增强体在基体中的分布、界面结合和性能产生显著影响,选择制备方法时应综合考虑所需的材料性能、生产成本及工艺可行性;界面结合对PAMCs的整体性能至关重要,良好的界面结合能提高材料的强度和韧性;强化机制决定材料的特性,通过成分设计、微观结构调控以及制备工艺优化等手段,实现多种强化机制的协同作用,可最大限度地提升材料的性能。未来的研究应致力于开发低成本、绿色环保等新型高效的制备技术,优化PAMCs的微观结构和性能;通过设计界面结构并调控界面反应等,可以进一步提升PAMCs的性能;控制界面反应也是PAMCs关键发展方向之一。

原位合成Al_(2)O_(3)/TiB_(2)颗粒混杂增强铝基复合材料的性能研究

针对传统铝合金无法满足工业和民用中对高强高导铝合金需求的问题,开发一种提升铝合金表面硬度且保证其导电导热性能的新型铝基复合材料。通过机械合金化法制备了Al-TiO_(2)-B混合粉末,采用放热弥散结合接触反应技术成功原位合成Al_(2)O_(3)/TiB_(2)颗粒混杂增强铝基复合材料,探究了原始粉末Al-TiO_(2)-B体系反应生成Al_(2)O_(3)/TiB_(2)颗粒混杂增强铝基复合材料的反应机理及反应温度对原位反应的影响,分析了铝基复合材料的微观组织形貌以及表面显微硬度和导电导热性能。XRD分析结果表明,反应温度达到1100℃保温200 min后,原始粉末Al-TiO_(2)-B体系中的TiO_(2)和B粉末完全反应,并且在反应过程中B粉抑制了中间产物Al3Ti和AlB2的生成,最终原位生成为Al_(2)O_(3)和TiB_(2)颗粒混杂增强的铝基复合材料。显微组织观察表明,在铝基体中原位生成了TiB_(2)颗粒(直径小于1μm)和Al_(2)O_(3)颗粒(粒径约为2μm),且铝基复合材料表面组织均匀致密。原位合成Al_(2)O_(3)/TiB_(2)混杂颗粒增强铝基复合材料的电导率为46.1%IACS,热导率约为198.5 W·m-1·K-1,显微硬度较传统A356铝合金的68 HV提升至76 HV,新型原位合成铝基复合材料在保证导电导热性能的前提下提升了铝基复合材料的显微硬度。

SiC颗粒增强6013铝基复合材料时效析出行为及力学性能

采用球磨-冷等静压-热等静压-热挤压工艺制备组织均匀、颗粒分散良好的15%质量比SiC_(p)/6013Al复合材料,并利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和室温力学性能测试等研究不同人工时效温度下SiC_(p)/6013Al复合材料的析出行为和力学性能.结果表明,复合材料析出行为受热扩散控制,温度升高导致沉淀相析出加速;复合材料中的主要强化相为Mg_(2)Si,而且SiC颗粒能显著增强强度,但也导致复合材料的塑性快速下降;相比基体6013铝合金,15%质量比SiC_(p)/6013Al复合材料能在更低温度、更短时间内达到峰时效,经过人工时效处理后的最高硬度为180 HV_(0.2),抗拉强度为522 MPa.

SiC颗粒增强Al基复合材料强化机理与关键技术解析

本文综合解析了SiC颗粒增强Al基复合材料的荷载传递强化、Orowan弥散强化、位错密度强化、加工硬化强化、细晶强化和综合强化等强化机理以及强度计算,现有制备方法及优缺点,以及制备SiC颗粒增强Al基复合材料的几个关键技术问题,展望了颗粒增强复合材料的研究重点和发展方向.

颗粒增强有机硅基复合涂层的冲蚀磨损行为

利用气流喷砂型试验机 ,对 Si C和 Al2 O3颗粒增强的有机硅基复合材料涂层 (SMCC)的冲蚀磨损行为进行了研究 .发现合适的基体组成、增强体颗粒种类及含量使 SMCC冲蚀率较纯有机硅树脂涂层降低了 1个数量级 .冲蚀表面形貌 SEM分析表明 :低速冲蚀时涂层冲蚀磨损机理以显微犁耕为主 ,并伴有显微切削 ;而高速冲蚀时的磨损机理主要是微裂纹的产生和扩展造成涂层的大块剥落 ,并伴有微切削和微犁耕 .

颗粒增强钛基复合材料磨削试验与仿真研究

采用单层钎焊CBN砂轮开展了颗粒增强钛基复合材料(PTMCs)磨削试验,对比研究了在磨削TC4钛合金和PTMCs时,磨削用量对磨削力与磨削温度的影响规律,利用有限元仿真研究了PTMCs材料去除演变过程。结果表明,磨削过程中PTMCs的磨削力较TC4增加了15%~30%,磨削温度提高了7%~11%,PTMCs比TC4钛合金更难加工;PTMCs材料去除过程为TC4基体材料的延性去除和Ti C增强颗粒的脆性去除,脆性去除形成了磨削表面孔洞缺陷;当磨削速度从120 m/s降到20 m/s时,磨削表面孔洞缺陷深度由0.8μm增至3.5μm,增加了约3.4倍;提高磨削速度可以降低增强颗粒脆性去除对PTMCs磨削表面孔洞缺陷的影响程度。

FSP和颗粒增强耦合工艺下铝基复合材料制备的研究进展

搅拌摩擦焊发展起来的搅拌摩擦加工(FSP)技术因具有优异的微观组织、不产生的界面反应等优点在颗粒增强铝基复合材料的制备方面得到广泛研究。首先综述了影响搅拌摩擦加工的工艺参数,包括旋转速度、移动速度、下压量以及搅拌道次。这些参数影响搅拌时的热输入,同时热输入会改变复合材料的塑性流动,从而影响复合材料的结构和力学性能。然后重点讨论了搅拌摩擦加工铝基复合材料的工艺方法,通过开孔或开槽法添加强化颗粒的直接加工工艺存在着颗粒团聚的问题,严重影响材料的力学性能,而搅拌摩擦加工作为二次成形工艺间接加工复合材料可以有效提高复合材料力学性能。最后提出目前搅拌摩擦加工工艺在颗粒增强铝基复合材料的制备与发展方面存在的问题以及发展趋势。

60%SiCp/2009铝基复合材料表面等离子体电解氧化膜的生长和表征

在硅酸盐溶液中采用等离子体电解氧化技术在60%SiCP(体积分数)/2009铝基复合材料表面制备陶瓷膜。研究氧化膜的显微组织、成分、润湿性及其耐腐蚀性能,探讨SiC颗粒表面火花放电的产生机理。结果表明,来自硅酸盐溶液的不溶性化合物(SiO_(2))使SiC颗粒表面产生火花放电,Al-Si-O化合物中的缺陷为SiC颗粒表面放电电流的传导提供优先路径。1200s时铝基复合材料表面形成5.5μm厚的均匀膜层,膜层的表面自由能在40s时达到最大值37.10 m J/cm^(2),并在1200 s时下降到25.95 m J/cm^(2)。此外,等离子体电解氧化处理可以显著提高复合材料的耐蚀性。

TiAlN涂层刀具高速铣削颗粒增强铝基复合材料时的磨损行为

使用YS8硬质合金TiAlN涂层立铣刀分别对SiC颗粒和Al2O3颗粒增强铝基复合材料进行高速铣削试验,结合切削过程对刀具磨损形式、微观磨损形貌以及磨损机理进行了分析。结果表明:磨粒磨损、涂层脱落和微崩刃是涂层刀具的主要磨损形式;增强颗粒尺度越大,刀具微观磨损划痕和微崩刃凹坑越明显;涂层刀具铣削颗粒增强铝基复合材料不具备优势。

B_4C量对TiC-TiB_2颗粒增强金属基复合材料涂层制备的影响

对Al-B4C体系下B4C的量与原位内生TiC-TiB2颗粒增强金属基复合材料涂层制备之间的关系进行了研究。结果表明,Al:B4C质量比大于9:1可制备出高质量的TiC-TiB2颗粒增强金属基复合材料涂层,提高Al:B4C质量比虽有利于涂层的制备,但不利于涂层中增强相体积分数的提高。Al在涂层制备过程中的作用主要是降低单位体积内参加反应物的量、降低生成TiC-TiB2反应的门槛温度和充当除氧剂的作用,为涂层的制备提供了一种更加便利的途径。

一种颗粒增强钛基复合材料增强体分布结构均匀性控制方法

申请号:CN202211219482.0申请日:20220930公开(公告)日:20230103公开(公告)号:CN115555570A申请(专利权)人:中国航发北京航空材料研究院摘要:本发明涉及一种颗粒增强钛基复合材料增强体分布结构均匀性控制方法,主要包括以下步骤:选配增强体和基体粉末、低能球磨、超声波洗筛、制备包套、热等静压致密化等。本发明基于大颗粒塑性基体粉末和小颗粒高硬度增强体粉末的混合粉末体系,在精准设计合理配比的条件下,采用低能球磨工艺和超声波洗筛措施。

铝基复合材料的力学性能及耐磨性研究

以铝粉和镁粉为基础材料,以SiC颗粒为增强体材料,制备建筑用的铝基复合材料,研究其力学性能及耐磨性。分别在SiC的质量分数为0~32%时测试铝基复合材料的力学性能,在3~18 MPa的外载荷下摩擦不同距离时,研究复合材料的耐磨性。结果表明:SiC含量较高时,复合材料中SiC团聚较明显,力学性能不佳;SiC的质量分数为8%时,铝基复合材料的硬度、抗拉强度、抗弯强度较优异;当SiC的质量分数为8%时制备的铝基复合材料在较高载荷作用下始终具有良好的耐磨性;摩擦距离越长,铝基复合材料耐磨性降低越多。

SiC颗粒增强铝合金基复合材料断裂与强化机理

对 Si C颗粒增强铝合金基复合材料的室温拉伸断裂与强化机理进行了研究。结果表明 :该类材料的断裂包括基体韧断、界面脱开和增强体颗粒断裂三种方式 ,均属于 MNG模式 ;该类复合材料的强化效果取决于基体强度与界面强度的匹配关系 ,当基体的屈服强度达到某一临界值时 。

颗粒增强铝基复合材料研究进展

综述了颗粒增强铝基复合材料研究现状,从增强体选择、材料制备方法、机械性能、应用研究等各个领域,详细阐述了复合材料的特点,并指出了今后复合材料的研究方向。

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

颗粒增强铝基复合材料在航空航天领域的应用

详细介绍了制备颗粒增强铝基复合材料较为成熟的4种工艺,分析了各自的优缺点,综述了颗粒增强铝基复合材料在国内外航空航天领域中的一些成功应用,同时对我国发展颗粒增强铝基复合材料提出了一些建议。

TiC颗粒增强钛基复合材料的形变

研究了 Ti C颗粒增强钛基复合材料增强颗料和基体之间的不均匀形变 ,得出颗粒和基体之间在形变过程中产生形变摩擦阻力 ,通过弹塑性力学计算出的 Ti C/ Ti界面上颗粒阻碍基体变形力为 Ti C强度的 0 .6倍 ,阻碍基体中滑移的进行 ,使基体得到强化。另一方面 ,当界面上的形变应力同基体的某个晶面形成位错源时 ,可放出位错环 ,使应力得到释放 ,同时增加基体的位错密度 ,位错互相缠绕形成胞状亚结构 ,强化基体。

TiC颗粒增强钛基复合材料的形变断裂

通过对 Ti C颗粒增强钛基复合材料断裂研究表明 :Ti C颗粒的缺陷比例对复合材料的断裂裂纹扩展速率有较大影响。形状规则且无缺陷的粒子在受力的初期不易破断 ,可较大提高裂纹扩展所需能量。反之 ,易破碎的粒子则增加了裂纹尖端的扩展应力 ,提高了裂纹扩展速率。适当的热处理可提高裂纹扩展所需塑性功 ,从而在一定范围内改善复合材料塑性。