7050/Gr复合材料的制备及性能研究

采用热压和粉末包套挤压方法制备7050和7050/Gr材料,测试力学性能和内耗性能,利用金相显微镜和透射电镜观察材料组织。结果表明:通过热压制备的7050/Gr复合材料力学性能很低;粉末包套挤压制备的7050/Gr复合材料随Gr含量提高,7050/Gr的强度、弹性模量下降,伸长率也降低;热处理后复合材料的强度大幅度提高,T6态时强度最高,7050/4Gr、7050/5Gr的抗拉强度和伸长率分别为535 MPa、9.5%和526 MPa、3.5%;内耗测试结果表明,7050/5Gr复合材料的内耗比7050合金的内耗高,它们的内耗值均随测试频率降低和测试温度升高而增加,7050/5Gr复合材料的内耗属动滞后型的复相型阻尼合金的内耗机制。

电解铣削加工TiB_(2)/7050铝基复合材料阴极设计与试验验证

为提高TiB_(2)/7050铝基复合材料电解铣削加工的加工效果,设计了三种具有不同底部出液孔形式的直径工具阴极,通过多组参数下的对比试验,优选出加工效果最好的工具阴极进行后续的试验探究。结果表明:在只改变加工电压的情况下,工具阴极C有最高的材料去除率,工具阴极A可加工得最优的沟槽底面平整度。在加工电压30 V、进给速度70 mm/min下采用工具阴极C进行电解铣削加工,材料去除率和沟槽底面平整度分别达到581.9 mm3/min和0.16 mm,表面粗糙度值达Ra0.648μm。

SiC/Gr/Al复合材料残余应力的有限元模拟

采用COMSOL有限元软件构建了二维随机分布的SiC/Al和混杂增强SiC/Gr/Al复合材料的模型,研究了第二增强相石墨(Gr)的加入对SiC/Gr/Al复合材料热残余应力的影响规律。结果表明:SiC/Al和SiC/Gr/Al复合材料的最大热残余应力分别集中在SiC颗粒与铝基体的两相界面处和片状石墨尖端与铝基体的两相界面处。在40%SiC/Al复合材料中加入5vol%Gr后,复合材料的平均残余应力减小,主要是由于石墨与铝基体的弱界面结合松弛了部分热应力。SiC/Gr/Al复合材料的最大残余应力随Gr尺寸先降低后变化迟缓,平均残余应力变化较小;SiC/Gr/Al复合材料的最大残余应力随Gr体积分数的增加先增加后变化迟缓,平均残余应力呈下降趋势。

7050Al/Gr复合材料时效强化行为及内耗研究

采用力学性能和阻尼性能测试及透射电镜组织观察的方法,研究了添加4%(体积分数)石墨(Gr)颗粒对7050铝合金组织、力学性能和阻尼性能的影响,以及热处理对7050Al/4%Gr复合材料的组织、力学性能和阻尼性能的影响,并对7050Al/4%Gr复合材料的内耗机理进行了初步探讨。结果表明:在7050铝合金中加入4%Gr颗粒,使其强度降低了约16%,延伸率降低了37.5%;热处理强化7050Al/4%Gr复合材料的力学性能变化趋势与7050铝合金的基本相同,7050Al/4%Gr复合材料在120℃单级时效20h后抗拉强度达到峰值521 MPa,比7050铝合金有所降低,但达到峰时效时间提前4 h;7050Al/4%Gr复合材料的内耗值随着温度的升高而增加,其除了材料本征阻尼以外,在中、低温时的内耗主要是位错与第二相颗粒交互作用引起的位错内耗,在高温下内耗主要由相界面、晶界、Gr与基体的界面微滑移引起。

7050Al/Gr复合材料的组织及力学性能

为获得一种力学性能和阻尼性能俱佳的材料,在7050Al合金基体中加入4%(体积分数)的石墨(Gr)作为增阻体,用包套挤压的方法制备7050Al/Gr复合材料,研究石墨的加入对7050Al合金组织和力学性能的影响。结果表明加入石墨后,时效过程中沉淀相析出长大速率加快,峰时效时间提前约4h,峰时效强度和硬度都有所降低。7050Al/Gr复合材料峰时效强度(σb)和硬度(HB)分别为521MPa和152,而7050Al合金峰时效强度和硬度分别为558MPa和158。

SiC_p/Gr颗粒混杂增强6061铝基复合材料中的内耗峰及其阻尼机制

采用喷射共沉积方法制备了SiCp/Gr/ 6 0 6 1铝合金混杂金属基复合材料 ,研究了其阻尼特性。结果表明 :该材料在 15 0℃附近有一温度内耗峰 ,且随频率增加该峰峰位向高温移动而峰高降低。通过Arrhenius方程测得内耗峰的激活能为 1.17eV。分析认为 :该峰具有弛豫特性 ,它是在热与应力的双重作用下 ,由位错拖曳点缺陷运动所致 ,符合位错诱生阻尼机制。

Gr/Al-0.7Si-1.2Mg复合材料制备及摩擦性能研究

采用二次热压法制备Gr质量分数为10％～25％的Gr／Al—0．7Si-1．2Mg复合材料，研究了制备工艺对组织结构及其摩擦磨损性能的影响．结果表明，采用较快速率升温的热压法可有效防止石墨铝复合材料制备过程的有害界面反应，得到组织均匀且致密的石墨铝基复合材料．Gr／Al—0．7Si-1．2Mg复合材料的摩擦系数随载荷的增大而降低，在较大载荷时，可形成完整的石墨润滑膜，不同石墨含量的复合材料的磨擦系数趋于一致，达到0．17．石墨含量高的复合材料容易形成润滑层，所以摩擦系数在较低载荷下就能达到最小值．复合材料相对密度对磨损率的影响较大，接近理论密度的复合材料在本研究试验条件下能保持较低的磨损率。最低可达到0．5×10^-3～2．1×10^-3mm^3／m．

高阻尼6061Al/SiC_p/Gr复合材料中的内耗峰及其阻尼机制

采用喷射共沉积方法制备了 60 61Al SiCp Gr混杂金属基复合材料 (MMC) ,研究了其阻尼性能。结果表明 :该材料在 15 0℃附近有一温度内耗峰 ,且随频率增加该峰峰位向高温移动 ,峰高降低。通过Arrhenius方程测得内耗峰的激活能为 1 17eV。分析认为 ,该峰具有弛豫特性 ,它是在热与应力的双重作用下 ,有位错拖曳点缺陷运动所致 。

Al-9Gr半固态复合材料摩擦性能的研究

采用机械和电磁复合搅拌法制备了铝-石墨半固态复合材料,研究了石墨的加入对复合材料摩擦性能的影响。结果表明,加入石墨后,Al-9Gr复合材料的主要磨损机制为犁削和剥层破坏;其摩擦因数随着压力的增大而增大,随摩擦时间的增加逐渐减小。在Al-9Gr复合材料摩擦过程中,石墨在摩擦表面分布越均匀,相对应的铝-石墨复合材料的摩擦因数越小。

SiCp+Gr/2024Al复合材料的力学性能和加工性能

颗粒增强的铝基复合材料已在航空航天、汽车等工业领域获得广泛的使用,但难加工性限制了此类复合材料的广泛应用。选用SiC颗粒和鳞片状石墨作为增强体,采用挤压铸造法制备SiCp+Gr/2024Al复合材料,在保证材料力学性能的前提下改善材料的加工性能。结果表明,复合材料组织致密,石墨和SiC颗粒在基体中均匀分布;铸态组织中SiC和石墨颗粒与基体Al合金都未发现界面反应物;随着石墨的体积分数的增大,拉伸强度和弹性模量都下降,但加工性能得到明显的改善。石墨改善切削性能的机制为影响切屑形成机制和石墨对刀具的润滑作用。

2024Al/Gr/SiC_p复合材料耐热性能研究

研究了采用真空热压法制备的2024Al/Gr/SiC_p复合材料高温拉伸性能及长时间热暴露后的室温力学性能,同时对拉伸断口进行分析,探讨了SiC颗粒和石墨对材料耐热性能的影响.结果表明:2024基体合金和2024Al/Gr/SiC_p复合材料在200℃及以下热暴露时,复合材料的强度下降幅度较小,但基体合金的强度下降幅度明显比复合材料的大,这与增强相SiC颗粒与石墨提高了材料的耐热性能有关.在300℃热暴露条件下,2024基体合金和2024Al/Gr/SiC_p复合材料的力学性能快速下降.2024Al及其复合材料的高温拉伸性能随拉伸温度升高而下降,在200℃及以下温度抗拉强度较好,250℃及以上温度抗拉强度快速下降.高温拉伸和热暴露处理后的2024铝合金基体的断裂机制为韧性断裂,2024Al/Gr/SiC_p复合材料的断裂机制为基体韧性断裂及石墨断裂、SiC颗粒与界面分离的混合断裂机制.

高能超声辅助制备SiCp／7050复合材料的组织均匀性

利用高能超声辅助制备SiC颗粒增强7050铝基复合材料,研究超声工艺参数对SiC颗粒分布均匀性的影响规律和超声作用机制。研究结果表明:超声的空化效应对颗粒的团聚有阻碍作用,超声功率越大,SiC颗粒的分布改善效果越明显,但是SiC颗粒在超声场中由于驻波场中声辐射力的作用,在一定时间内会发生偏聚现象;综合超声的作用效果来看,熔体经2 000 W功率超声施加15 min后立马浇注有利于获得理想的SiCp/7050复合材料微观组织。

(SiC,Gr)/Al复合材料的热压法制备及其摩擦磨损性能研究

采用快速升温热压法制备((1-×)SiC-×Gr)20wt.%/Al-0.8Si-1.2Mg-0.4Cu复合材料,研究其与钢球对磨的摩擦磨损规律。结果表明:快速升温热压法可制备致密性较高的(SiC,Gr)20wt.%/Al复合材料,并有效抑制剧烈的界面反应。复合材料与GCr15钢的摩擦系数随载荷波动不大,随×增大而降低。×0.3时,脱落在摩擦面的石墨较少,摩擦系数下降较慢,×>0.3后,摩擦系数快速减小。×=0.2和0.3时复合材料的磨损率随载荷增加急剧增大,差别最大达7倍,而×0.05或≥0.6时,SiC与石墨颗粒能协调作用,复合材料具有良好的耐磨性,磨损率随载荷变化较小。×=0.6时,复合材料具有最低的磨损率(8.4×10-4mm3/m),处于超轻微磨损状态。

Gr/6061Al复合材料表面镀覆金属黑变膜的研究

Gr/6061Al复合材料表面镀覆双层金属,再进行黑色钝化处理,可以获得耐蚀性能及光学性质良好的膜层。成膜工艺包括:前处理→化学镀Ni-P合金→电镀Zn→黑色钝化处理→封孔→吹干。对各步工艺影响因素进行考察,得出理想的黑色处理膜工艺。SEM测试及表面形貌观察确定此工艺获得的黑色钝化膜具有很好的光学性能,膜层总厚度约30μm左右,XRD测试认为Gr/6061Al复合材料表面镀覆黑变膜层成分主要含有Ag-Zn、CrO3、Ag3N等物质,钝化过程使镀锌层与钝化液中的Ag+化合成合金,黑变膜表面存在少量CrO3。耐蚀性测试结果认定Gr/Al复合材料表面镀覆双层黑色钝化耐蚀膜腐蚀速率减小到裸试样的1/8。

Gr/6061 Al复合材料环保型稀土耐蚀膜的研究

随着铝基复合材料的应用范围不断扩大,对其腐蚀性能方面的要求也更加迫切。传统铬酸盐钝化的方法因含有毒性的六价铬离子并致癌将被废除,因此开发绿色环保耐腐蚀涂层是当今材料研究领域的热点之一。采用含稀土Ce钝化防腐蚀膜层的工艺提高Gr/6061Al复合材料的耐腐蚀性,膜层无毒、无污染,具有环境保护作用。文章对环保型稀土Ce耐蚀膜的成膜工艺进行了研究,此工艺在Gr/Al复合材料表面覆盖完整,呈现"干泥"状分布于Gr/Al复合材料表面。EDS面扫描结果认定稀土Ce含量达47.48%(质量分数),Ce、O、Si、Al是组成膜的主要元素,膜层主要由稀土氧化物或氢氧化物组成。防腐蚀性测试表明,稀土转化膜试样的E_(corr)比裸试样的E_(corr)提高84 mV,说明稀土转化膜试样的防腐蚀性能较佳。无毒无污染的Gr/Al复合材料表面环保型稀土Ce转化膜是有希望进行工业化应用的理想涂层。

Gr/Al复合材料表面化学镀镍沉积特性及耐蚀性

用化学镀镍法在Gr/Al复合材料表面沉积了Ni-P合金,研究其沉积特性及耐蚀性。结果表明,Gr/Al复合材料表面化学镀镍具有其特殊性:在前处理的活性质点形核时,基体铝合金从浸Zn溶液中置换出催化活性的Ni核;增强体石墨纤维可以吸附一定数量的Ni核,随后的化学镀镍时Ni-P合金就会在Gr/Al复合材料表面均匀沉积。表面化学镀镍通过阻挡腐蚀原电池反应中电偶腐蚀的导电路径以及形成非晶态的镀层结构,显著地提高了Gr/Al复合材料的耐蚀性,延长了使用寿命。

原位自生TiB_(2)/7050复合材料的高周疲劳断裂机制

TiB_(2)/7050铝基复合材料在航空发动机等领域具有重要的应用前景。本文研究了TiB_(2)颗粒质量分数为4%的原位自生7050铝基复合材料在T6热处理状态下的室温高周疲劳性能,利用扫描电子显微镜对复合材料的疲劳断裂机制进行分析。结果表明:在应力比R=−1、指定寿命为3×107周次时,TiB_(2)/7050铝基复合材料的疲劳强度为211.9 MPa,高于7050铝合金的疲劳强度;疲劳裂纹萌生源主要分布在近样品表面的夹杂、大尺寸的TiB_(2)颗粒及显微孔洞等区域;疲劳裂纹的扩展在遇到TiB_(2)颗粒带时,疲劳条带的宽度会明显减小,即TiB_(2)颗粒提高了复合材料的抗疲劳裂纹扩展能力,使得复合材料具有高的疲劳寿命。

热处理对(SiC,Gr)20%/Al复合材料摩擦磨损性能的影响

采用热压法制备[(1-x)SiC-xGr]20%/Al-0·8Si-1·2Mg-0·4Cu(x=0—0·9)复合材料,研究了热处理对复合材料摩擦磨损性能的影响规律,结果表明:热压及后续热处理工艺能避免剧烈的有害界面反应,制备界面结合良好的[(1-x)SiC-xGr]20%/Al复合材料。当x为0·2和0·3时,热处理能有效降低(SiC,Gr)20%/Al复合材料与GCr15钢的摩擦系数和磨损率;而x≤0·05和≥0·6时,SiC和石墨颗粒能协调作用,使(SiC,Gr)20%/Al复合材料具有良好的耐磨性。热处理对摩擦系数和磨损率的贡献不大。特别是当x为0·6时,复合材料保持适当的摩擦系数(约0·2),同时具有超轻微的磨损率(8·4×10-4mm3/m)。

TiB2/7050铝基复合材料风扇叶片锻件的研制

应用等温模锻技术研制出Ti B2/7050铝基复合材料发动机风扇叶片,并对原始坯料和叶片进行了组织和力学性能测试。结果表明,原始坯料的纵向为纤维组织,力学性能较好;横向为等轴组织,力学性能稍差,各向异性明显。成形后Ti B2/7050复合材料叶片的各个部位的各向异性得到不同程度的改善。榫头纵向依然为纤维组织,拉伸性能略有下降,横向的等轴组织被一定程度拉长,力学性能比原始坯料稍有提高。叶身和叶尖的横、纵向组织都呈现细小的纤维状形貌,力学性能趋向一致,各向异性明显改善。

真空热压法制备2024Al/Gr/SiC复合材料的显微组织和力学性能（英文）

采用真空热压法制备了2024Al/Gr/SiC复合材料,其中SiC颗粒和鳞片状石墨(Gr)的体积分数分别为5%~10%和3%~6%。采用光学显微镜、扫描电镜、硬度和拉伸性能测试研究SiC颗粒和石墨对分别经160、175和190°C时效处理后复合材料显微组织和力学性能的影响。结果表明:加入SiC颗粒和石墨能明显加速第二相时效析出,但SiC颗粒对时效行为的影响比石墨大。复合材料的拉伸强度和伸长率随着SiC颗粒和石墨含量的增加而降低,石墨对伸长率的影响比SiC颗粒更大。2024Al/3Gr/10SiC复合材料在165°C时效8 h时的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为387 MPa,280.3 MPa和5.7%。2024Al/Gr/SiC复合材料的断裂机制为基体韧性断裂和复合相颗粒与基体间撕裂断裂。