颗粒陶瓷增强钛基复合材料磨削表面形貌仿真与试验研究

使用Deform-3D软件开展了单颗金刚石磨粒磨削颗粒陶瓷增强钛基复合材料的过程仿真,研究了复合材料磨削亚表面裂纹的萌生与扩展规律以及不同工艺参数对磨削表面形貌的影响;开展了树脂结合剂金刚石砂轮磨削复合材料的实验,分别研究了不同陶瓷颗粒粒度与磨削工艺参数对磨削表面形貌的影响规律,对不同工艺参数下的磨削表面粗糙度进行测量与分析。结果表明,试验结果与仿真结果较为一致;陶瓷颗粒粒度为40μm的复合材料磨削表面质量明显高于陶瓷颗粒粒度为80μm的复合材料。当砂轮线速度为25m/s、进给速度为12m/min时,磨削表面质量最优;在沿复合材料激光制备方向上的磨削表面粗糙度受砂轮线速度和工件进给速度的双重作用,而垂直于激光制备方向,表面粗糙度随砂轮线速度的增加或工件进给速度的降低而有所减小。

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。

旋转超声加工对TiBw网状钛基复合材料表面残余应力的影响

为研究不同切削条件下旋转超声加工对材料表面残余应力的影响,选取硼化钛晶须(TiB whiskers,TiBw)网状钛基复合材料为实验对象,使用镍基电铸金刚石砂轮进行旋转超声加工,并分析了加工后材料的表面残余应力。结果表明:由于钛基复合材料具有网状结构和优异的高温性能,使切削热和微观相变产生的残余应力较小,磨粒机械作用产生的残余应力更大。随着超声振动的引入,磨粒高频冲击工件表面,使旋转超声加工工件表面残余应力均大于普通磨削。在主轴转速n=9000 r/min,进给速度v f=8 mm/min,加工深度a p=25μm的加工参数下,旋转超声加工工件表面存在-540 MPa的残余压应力,随着主轴转速增大,残余应力显著减小,并且残余应力的影响层深度逐渐减小。超声振动的引入增大工件表面残余压应力,提高材料抗疲劳性能。

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。

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.

陶瓷颗粒增强铝基复合材料搅拌摩擦焊接研究现状综述

陶瓷颗粒增强铝基复合材料是一种新兴的工程应用材料,在众多工业领域中具有广阔的应用前景。在对陶瓷颗粒增强铝基复合材料连接的过程中,使用绿色环保、安全可靠的搅拌摩擦焊接技术,可获得力学性能良好的焊接接头。文章从焊接接头宏观及微观组织特点、接头力学性能及断裂特征、搅拌头对焊接效果的影响3个方面综述陶瓷颗粒增强铝基复合材料搅拌摩擦焊接在国内的研究现状,并从焊接材料种类、焊接工艺稳定性、高性能焊接工具开发3个方面展望陶瓷颗粒增强铝基复合材料搅拌摩擦焊接研究未来的发展方向。

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.

热处理固溶耦合强化近α钛基复合材料及其制备方法

申请号:CN202410022128.1申请日:2024-01-08公开(公告)日:2024-04-05公开(公告)号:CN117821871A申请(专利权)人:西安稀有金属材料研究院有限公司摘要:本发明公开了一种热处理固溶耦合强化近α钛基复合材料及其制备方法,该方法包括:(1)将近α钛基粉体与炭黑粉末、Ta C和Nb C陶瓷粉末球磨混合;(2)放电等离子体烧结;(3)高温固溶热处理并淬火;(4)时效热处理并冷却;(5)热轧。使用α-Ti稳定元素C和β-Ti稳定元素Ta、Nb作为添加元素,配合采用高温固溶热处理及时效热处理工艺,通过调节增强相的尺寸、形貌和分布实现各部分之间的耦合强化,提高钛合金基体的强度,改善钛合金基体和陶瓷相的物理兼容性,从而提高近α钛基复合材料的力学性能。

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。

陶瓷颗粒增强钛基复合材料的研究进展

陶瓷颗粒增强钛基复合材料具有高比强度、低密度、高弹性模量等特点,成为钛基复合材料发展领域新的研究热点。系统地介绍了陶瓷颗粒增强钛基复合材料的最新研究进展和发展趋势,重点论述了该类复合材料组分的选择与改善匹配性的措施,并简要介绍了几种常用的制备方法,包括金属粉末注射成形法(MIM)和原位合成法(In-Situ)及其与传统制备方法结合形成的新工艺。

原位合成TiB和TiC混杂增强钛基复合材料的研究进展

原位合成TiB和TiC混杂增强钛基复合材料凭借其高比强度、高比刚度、低密度、优异的耐腐蚀性和耐热性等受到广泛关注。从基体与增强体的选择、引入方法、反应体系、微观形貌以及力学性能等方面,综述了目前原位合成TiB和TiC混杂增强钛基复合材料的研究现状,并对其未来发展进行展望。

石墨烯增强钛基复合材料界面调控及强韧化机理研究进展

高超声速飞行器等航空装备的快速发展对钛合金综合性能及应用水平提出更高要求。采用传统热工艺技术制备钛合金的性能已经接近或达到理论极限。传统技术很难大幅提高钛合金的综合性能,探寻石墨烯技术改性钛合金成为一个重要发展方向。然而,钛合金中石墨烯的界面反应控制难度大,如何获得具有良好结合强度的石墨烯/钛界面是石墨烯增强钛基复合材料性能提升的基础与关键。本文在分析制约石墨烯增强钛基复合材料发展系列问题基础上,重点介绍石墨烯增强钛基复合材料微观组织、界面特征以及静态/动态力学性能、摩擦磨损、抗氧化性能和石墨烯强韧化机理等方面的研究进展,探讨现阶段解决石墨烯增强钛基复合材料分散均匀性、界面结合性和组织致密性的方案和优缺点,最后指出该类型材料在界面调控、大规模制备和性能稳定性等方面技术面临的挑战,并提出该类型材料发展应与理论计算技术、先进制备技术和特种功能应用相结合,深化界面优化设计和可控制备,拓宽应用领域。

基于Al-B-C烧结助剂的SiC_(nf)增强SiC陶瓷基复合材料制备及性能研究

以单晶碳化硅纳米纤维(SiC_(nf))为增强体,以铝(Al)粉、硼(B)粉和超细炭黑为烧结助剂,通过化学气相沉积及浸渍裂解工艺在SiC_(nf)上制备了PyC、BN双层界面包覆层,采用热压烧结法制备SiC_(nf)增强SiC陶瓷基复合材料(SiC_(nf)/SiC-CMC)。实验结果表明,Al-B-C烧结助剂在1850℃生成了液相Al8B4C7,促进了SiC陶瓷的致密化,提高了复合材料致密度。当烧结助剂含量为10wt.%时,随着Si Cnf含量的增加,复合材料内孔隙增多,致密度降低,抗弯强度和断裂韧性先增大后降低。当SiC_(nf)含量为10 wt.%时,复合材料的力学性能达到最优,抗弯强度和断裂韧性分别为414 MPa和9.65 MPa·m1/2,相较于未添加SiC_(nf)的热压烧结SiC陶瓷,其韧性提高了93.8%。微观结构分析表明,SiC_(nf)主要通过纤维拔出的方式来增加裂纹扩展时的能量消耗,达到提升陶瓷断裂韧性的效果。

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。

高温钛合鑫和颗粒增强钛基复合材料的研究和发展

回顾了高温钛合金的研究和发展历程，指出了现代高温钛合金进一步发展需要解决的主要难题；综述了颗粒增强钛基复合材料的研究现状，按照基体的选择、增强相的选择和制备工艺３个方面，阐述了颗粒增强钛基复合材料设计中的基本任务；最后对今后的发展趋势进行了展望。

颗粒增强钛基复合材料研究进展

综述了颗粒增强钛基复合材料的研究现状,从增强体、基体合金选择,材料制备方法,机械性能,应用前景等各方面,详细阐述了颗粒增强钛基复合材料的特点,并指出了今后颗粒增强钛基复合材料的研究方向。