原位TiC颗粒增强7075Al基复合材料的制备及微观组织

采用原位反应近液相线铸造方法成功制备出4.4%(质量分数)TiC颗粒增强7075 Al基复合材料。对原位反应过程进行了热力学与动力学分析.通过XRD分析及SEM观察显示,原位生成的TiC颗粒与基体润湿良好,且弥散细小均布于7075基体中,晶界上无明显的偏聚.

原位TiC/7075Al基复合材料的界面结构特征

采用原位反应近液相线铸造方法制备含有少量原位TiC颗粒的7075铝基复合材料,通过透射电镜观察复合材料中的原位TiC颗粒的形貌,并研究原位TiC颗粒与7075Al基体之间的界面微观结构。结果表明,原位TiC颗粒尺寸分布于亚微米级,形貌呈近球形,在复合材料界面处7075Al基体与原位TiC颗粒具有Al(200)//TiC(200)、Al基体(216)∥TiC(111)的晶体学位向关系并形成共格界面,界面干净,无任何反应物,Al基体的(200)晶面优先沿原位TiC颗粒的(200)晶面生长,其(216)晶面优先沿原位TiC颗粒的(111)晶面生长。

半固态TiC／7075Al基复合材料的制备

采用原位反应液相线铸造技术制备了TiC颗粒增强7075Al基复合材料。通过光学显微镜观察其显微组织,分析工艺参数对TiC颗粒合成过程的影响。结果表明,C和Ti的摩尔比为1.25,Al熔体温度达到950℃,浇注温度为650℃时,制备的复合材料未生成Al3Ti相,并能够获得较理想的等轴晶组织。

1060Al/Al-Al_(2)O_(3)/1060Al层状铝基复合材料热变形模型对比分析

采用Gleeble-3500热模拟试验机在变形温度为25~400℃、应变速率为0.01~10s^(-1)和真应变为0.85的条件下,对1060Al/Al-Al_(2)O_(3)/1060Al层状铝基复合材料进行了热压缩试验,研究其热变形行为,建立了应变补偿的Arrhenius (SCA)、修正的Johnson-Cook (MJC)和修正的Zerilli-Armstrong (MZA) 3种本构模型,并对流变应力的预测值与实验值进行对比。结果表明,层状复合材料流变应力呈加工硬化型,并随温度升高或应变速率降低而降低;在100℃/0.5s^(-1)、200℃/0.1s^(-1)和300℃/0.1s^(-1)条件下,层状复合材料组元层间变形较为协调;3种本构模型中,MZA模型的相关系数最高,R为0.99085、平均绝对相对误差最低,e_(AARE)为0.046966,更适合描述1060Al/Al-Al_(2)O_(3)/1060Al层状铝基复合材料的热变形行为。

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。

双尺度SiC_(p)增强Al基复合材料的制备及耐磨性研究

采用粉末冶金法制备了双尺度SiC_(p)增强Al基复合材料,SiC_(p)双粒径50μm:10μm的比例分别为1∶1、2∶1、3∶1、4∶1及5∶1,添加总含量为20vol%。通过销盘式摩擦磨损试验机对复合材料及对比试样HT300材料的耐磨性能进行了测试,使用SEM、EDS对复合材料及HT300摩擦磨损前后的微观形貌进行了表征,并对复合材料摩擦磨损机理进行了分析。结果表明,SiC_(p)与Al基体界面结合良好,无界面脱粘及孔隙产生。任一碳化硅颗粒粒径配比的SiC_(p)/Al基复合材料的耐磨性能均优于HT300,其中颗粒粒径配比为3∶1时耐磨性能最优,HT300磨损量约为颗粒粒径配比3∶1时的7~13倍。

预热温度对激光选区熔化成形30%SiC_(p)/AlSi10Mg复合材料力学性能的影响

基板常温工况下激光选区熔化成形中等体积分数SiC_(p)/Al复合材料存在孔洞、裂纹等冶金缺陷,从而导致成形零件致密度低、力学性能差等问题。首先研究了固定优化成形工艺参数时,基板预热温度(200~400℃)对45μm的30%(质量分数,下同)SiC_(p)/AlSi10Mg成形零件表观致密度和力学性能的影响;进一步提高SiC_(p)质量分数至50%,再次评价了上述基板预热温度对成形性能的影响。结果表明,当SiC_(p)质量分数为30%时,升高基板预热温度可以减少成形零件的孔洞和裂纹,成形零件的表观致密度及力学性能显著提高;当基板预热至400℃时,成形零件表观致密度最高达到97.98%,与此同时极限抗压强度和极限抗拉强度分别为578 MPa和56 MPa;随着SiC_(p)质量分数进一步增加至50%,基板预热温度对成形零件致密化和力学性能的强化效果逐步减弱。本研究证明高温预热基板能够有效抑制激光选区熔化成形中等体积分数SiC_(p)/Al复合材料的冶金缺陷,为增材制造SiC_(p)/Al复合材料提供了工程应用解决方案。

不同电解液体系中SiC_(p)/Al基复合材料微弧氧化膜层的组织与性能

在(NaPO_(3))6,Na_(2)SiO_(3)-NaOH和NaAlO_(2)-NaOH三种电解液中,采用微弧氧化技术在SiC_(p)/Al基复合材料表面制备微弧氧化膜层。使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)对膜层组织结构及相组成进行表征,并通过摩擦磨损实验及电化学工作站分析基体及膜层的耐磨性和耐蚀性。结果表明:三种电解液中均能制备出均匀的微弧氧化膜层,NaAlO_(2)-NaOH中制备的膜层粗糙度和厚度最大。三种电解液中制备的膜层物相有差异。微弧氧化提高SiC_(p)/Al基复合材料的显微硬度,其中NaAlO_(2)-NaOH中制备的膜层硬度达到1125HV。微弧氧化可降低SiC_(p)/Al基复合材料的摩擦因数,综合摩擦因数及磨损情况,NaAlO_(2)-NaOH中制备的微弧氧化膜层的耐磨性较好。三种电解液中制备的微弧氧化膜层均能改善SiC_(p)/Al基复合材料的耐蚀性,其中Na_(2)SiO_(3)-NaOH中制备的膜层耐蚀性优异,腐蚀电位和腐蚀电流密度分别为-0.6122 V和2.704×10^(-7)A·cm^(-2)。

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.

SiC_(p)/2024铝基复合材料冷压成形致密化特性研究

采用单轴模压法,以50μm、10μm双粒径SiC_(p)和2024铝粉混合粉末为原料,研究在102、204和306 MPa冷压条件下混合粉的冷压致密化行为、机理。采用粉末冶金法制备了SiC_(p)含量为20vol%的SiC_(p)/Al基复合材料,研究了热压烧结成形复合材料的组织和断口特征。结果表明,随着冷压压力的增大,冷压坯和复合材料的致密度均增加,204 MPa之后冷压坯致密度的增幅不明显,306 MPa冷压条件下冷压坯致密度最高达到85.8%,烧结后铝基复合材料的致密度最高达到99.87%。铝基复合材料的双粒径SiC_(p)与Al基体界面呈冶金结合,未出现SiC/Al界面脱粘现象及孔隙产生,复合材料断口中SiC_(p)均发生穿晶断裂,显示出良好的界面结合性能。

占空比对SiCp/Al基复合材料微弧氧化膜层组织及性能的影响

以NaAlO2+NaOH为电解液体系,在恒压模式下对SiC体积分数为45%,粒径为5μm的SiCp/Al基复合材料表面进行微弧氧化处理,研究了占空比对SiCp/Al基复合材料微弧氧化膜层组织及性能的影响。用SEM分析微弧氧化膜层的形貌;用X射线衍射仪分析膜层的相组成;采用粗糙度仪、维氏硬度仪、划痕仪对膜层粗糙度、显微硬度及结合力进行了分析;用电化学工作站分析膜层的耐蚀性。结果表明:随着占空比的增大,微弧氧化膜层变得连续,厚度呈现增加趋势,粗糙度逐渐增加,孔隙率逐渐降低。占空比对微弧氧化膜层的物相有一定影响。SiCp/Al基复合材料微弧氧化膜层与基体的结合力随占空比的增加先增大后减小。不同占空比下制备的微弧氧化膜层均能提高SiCp/Al基复合材料的耐蚀性,占空比为70%时制备的微弧氧化膜层耐蚀性最好。

增材制造Ti6Al4V基复合材料研究进展

Ti6Al4V基复合材料具有高杨氏模量、高比强度、良好的耐磨性和高温耐久性等一系列优异的性能,在航空航天、汽车制造和石油化工等高端结构材料领域具有广阔的应用前景。然而,Ti6Al4V基复合材料的传统减材制造方法存在能耗高、效率低、工艺复杂、材料利用率低和后处理加工成本高等共性缺点,无法满足规模化应用的需要。在此情况下,增材制造(additive manufacturing,AM)技术因具有能耗低、效率高、材料利用率高及对复杂形状制品可实现近净成型等优点,在制备Ti6Al4V等合金及其复合材料方面具有显著的应用优势和重要的科研价值。综述了现有Ti6Al4V基复合材料的增材制造方法,包括选区激光熔融(selective laser melting,SLM)、激光定向能量沉积(laser directed energy deposition,LDED)、电子束熔融(electron beam melting,EBM)、丝材电弧增材制造(wire arc additive manufacturing,WAAM)和电子束自由成形(electron beam freeform fabrication,EBFF)法,总结了上述方法的技术原理和优缺点,以及以原位合成陶瓷增强相为主的Ti6Al4V基复合材料的适宜加工参数、显微形貌特征及力学性能特点,并展望了增材制造Ti6Al4V基复合材料领域的技术发展趋势。

原位纳米粒子增强Al基复合材料的微观组织及高温力学性能

以纳米TiO_(2)为添加相,按一定比例添加B_(2)O_(3)和H_(3)BO_(3),采用高能球磨和粉末冶金法相结合的方法制备了体积分数为4%的纳米氧化物粒子增强Al基复合材料,最后在723 K的条件下以16∶1的挤压比制备了复合材料棒材。结果表明,经过4 h的球磨后,可以实现纳米氧化物在Al基体中的弥散分布;经过893 K的真空热压后,添加相与Al基体发生原位化学反应并生成了Al_(2)O_(3)等。当Ti与B物质的量比为1.0∶1.5时,复合材料的力学性能最优;同时,当B元素的先驱体化学成分不同时,复合材料的力学性能差异显著;TiO_(2)+H_(3)BO_(3)/Al在室温和623 K下的拉伸强度分别为507.7 MPa和151.3 MPa,展现出最高的室温力学性能;TiO_(2)+B_(2)O_(3)/Al在室温和623 K下的拉伸强度分别为353.7 MPa和167.1 MPa,展现出最佳的高温力学性能。

粉末冶金法制备TiB_(2)与Al基复合材料与性能研究

使用粉末冶金法制备了TiB_(2)/Al基复合材料,使用X射线衍射仪(XRD)对复合材料进行衍射图谱分析,确定复合材料的物相组织,复合材料晶界处为增强体TiB_(2)的主要分布位置,随着TiB_(2)质量分数的增加,团聚现象增多。探讨了TiB_(2)/Al基体的显微结构和机械性质的变化,并分析了TiB_(2)粒子的加入对TiB_(2)/Al基体的影响。实验发现,TiB_(2)/Al与TiB_(2)/Al的界面结合较好。在1 h的保温、610℃烧结、20%质量分数硼化钛的硬度最高,维氏硬度值为68.2 HV。此时的复合材料在TiB_(2)质量分数15%时的综合力学性能最好,抗拉强度为153.43 MPa,比纯铝提高了19.68%。

CNTs@TiO_(2)及热挤压对Al7075复合材料磨损性能的影响

用熔铸法制备了Al7075-1%(质量分数)CNTs@TiO_(2)复合材料,通过热挤压工艺对复合材料进行塑性变形。结果表明:CNTs@Ti O_(2)的加入有效地改善了Al7075合金的显微组织,铸态Al7075-CNTs@Ti O_(2)复合材料在经过热挤压变形后,其α-Al和二次相进一步细化。挤压态Al7075-CNTs@Ti O_(2)复合材料的平均显微硬度为178.2HV,与基体合金相比提高了45.6%。挤压态复合材料的磨损率和平均摩擦因数分别为24.3×10^(-3)mm^(3)/m和0.334,相比于基体(68.6×10^(-3)mm^(3)/m和0.401)分别降低了43.2%和16.7%。挤压态复合材料磨损表面的轮廓高度差为22.24μm,相比于基体(52.88μm)下降了57.9%。从磨损机制上看,铸态Al7075合金主要呈现出剥层磨损特征,而挤压态复合材料则主要表现为磨粒磨损。

Al_3Ti/7075铝基复合材料固溶处理工艺研究

研究了固溶处理对制备的Al3Ti/7075铝基复合材料显微组织和力学性能的影响。结果表明:该铝基复合材料存在的第二相颗粒为MgZn2。复合材料经480℃固溶5 h后,复合材料显微硬度达到最大值68.72 HV。随固溶温度升高和固溶时间的延长,第二相颗粒回溶较多,但会发生再结晶,晶粒发生长大。复合材料经T6人工时效后硬度达到83.46 HV。

TiC_p/7075 Al基复合材料二次加热中晶粒长大规律

采用原位反应近液相线铸造法制备4.4%TiCp/7075Al基复合材料,在600℃保温10～60 min,水淬固定其半固态组织,研究半固态二次加热过程中合金的晶粒长大规律,并与采用同样方法制备的7075基体合金进行对比分析。结果表明,4.4%TiCp/7075Al基复合材料的晶粒粗化速率常数为118.96μm3/s,远小于7075基体合金的晶粒粗化速率常数311.7μm3/s,晶粒长大速率明显减慢。分析其原因,由于原位TiC颗粒的生成,使得4.4%TiCp/7075Al基复合材料的晶粒长大激活能增加约50%,从而对二次加热过程中晶粒迅速长大的行为起到了显著的抑制作用。

SiC-Al_3Ti协同增强7075铝基复合材料搅拌工艺优化研究

采用液态搅拌铸造法制备Si C-Al_3Ti协同增强7075铝基复合材料。利用OM、XRD、SEM、直读光谱仪和布氏硬度计,通过正交试验分析了搅拌温度、搅拌速度和搅拌时间等对复合材料中Si C和Al_3Ti分布、收得率及复合材料硬度的影响。结果表明,Si C-Al_3Ti协同增强7075铝基复合材料的最佳搅拌温度为800℃,搅拌速度为450 r/min,搅拌时间为20 min。

水下搅拌摩擦加工制备CoCrFeNiMn/6061Al复合材料组织和性能研究

采用水下搅拌摩擦加工制备CoCrFeNiMn高熵合金颗粒增强6061-T6基复合材料,研究了时效热处理对CoCrFeNiMn/6061Al复合材料微观组织、显微硬度和磨损性能的影响。采用扫描电镜和电子背散射衍射技术对复合材料的微观组织进行了表征,采用显微硬度和磨损实验对复合材料的性能进行了评价。结果表明,经5道次搅拌摩擦加工后,CoCrFeNiMn高熵合金颗粒均匀分布在Al基体中,且与基体界面结合良好,无明显扩散层。时效热处理后,CoCrFeNiMn高熵合金颗粒与基体界面出现厚度约为200 nm的扩散层,复合材料的平均显微硬度达到120.0 HV,比Al基体提高了27.7%。与Al基体相比,复合材料的平均摩擦因数从0.4491升高至0.4855。时效热处理后,复合材料的平均摩擦因数降低至0.3188,主要磨损机制为磨粒磨损。

采用深冷异步轧制提高高熵合金颗粒增强铝基复合材料的力学性能

为了获得更高性能的铝基复合材料(AMCs),采用室温异步轧制(AR,298 K)和深冷异步轧制(ACR,77 K)制备高熵合金颗粒增强铝基复合材料带材。通过拉伸实验、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对铝基复合材料的力学性能和微观结构进行分析。结果表明,深冷异步轧制比室温异步轧制更能提高复合材料的力学性能。深冷异步轧制含3%(质量分数)高熵合金颗粒的铝基复合材料的抗拉强度达到253 MPa,比室温异步轧制复合材料提高13.5%。与室温异步轧制相比,深冷异步轧制的复合材料具有更少的微孔洞、更细小的晶粒尺寸和更高的位错密度。深冷异步轧制复合材料微缺陷的减少是因为铝基高熵合金颗粒复合材料在深冷环境中具有合适的体积收缩效应。