对重力作用下Al-Si/SiC颗粒系统二维凝固过程的数值模拟

论文采用多相流模型对重力作用下Al Si 7% (质量分数 ) /SiC颗粒功能梯度材料二维凝固过程进行了数值模拟 .计算了在不含颗粒、含有小尺寸颗粒和含有大尺寸颗粒几种不同条件下颗粒和液相的运动 ,产生的宏观偏析 ,共晶合金在晶体中所占比例 ,以及最终的颗粒分布 .结果表明 ,颗粒和糊状区的存在会使液态金属的流动阻力增大 ,流速降低 ,产生的宏观偏析减弱 .在含有小尺寸颗粒的情况下 ,液相和颗粒运动速度很小 ,大部分区域保持初始颗粒体积分数不变 .在含有大尺寸颗粒的情况下 ,颗粒沉降速度很快 ,在底部形成颗粒堆积区 ,在上部形成颗粒体积分数为零区 .

SiC颗粒增强Al-Si基复合材料的国内研究进展

综述了SiC颗粒增强铝基复合材料的发展历史和制备方法,重点阐述了SiC颗粒增强Al-Si基复合材料的国内研究现状,说明了SiC颗粒增强Al-Si基复合材料的优点及存在的主要问题,展望了其发展前景。

常规铸造工艺条件下SiC颗粒增强Al-Si系铸造合金的界面反应

采用透射电镜,研究了SiC颗粒增强Al Si系铸造铝合金复合材料在常规铸造工艺条件下的界面反应。试验结果表明:当基体合金含硅量为5%以上时,能抑制生成Al4C3的有害界面化学反应,SiC界面基本上是单一的SiC/Al及SiC/Si界面,且部分界面上有MgAl2O4颗粒相形成。此外,对不同文献所述的抑制有害相Al4C3产生所需的临界Si含量的差异进行了分析。

烧结挤压制备SiC颗粒增强Al-Si基复合材料及其组织性能分析

采用冷压烧结-热挤压复合工艺制备SiC颗粒增强Al-Si基复合材料,利用高分辨电子透射电镜分析该复合材料的界面显微组织。结果表明：制备得到的SiC颗粒增强Al-Si基复合材料存在清晰的波浪形界面结构,且存在较多的扇贝状结构与许多微孔;时效处理使界面的波浪形程度降低,微孔与扇贝状结构消失。时效处理后复合材料界面存在4 nm厚的非晶层,对复合材料进行热挤压会使Al基出现局部熔融现象。热压后复合材料的界面第二相结构和Al基体之间形成了清晰的界面,第二相成分是Al4Cu9。在时效处理后复合材料界面区域存在众多的Al2Cu小尺寸颗粒,并形成了均匀的分布状态,同时发生了明显的晶格畸变。

轻型高强Al-Si/SiC复合材料反射镜的制备与性能

文章采用反应烧结工艺制备 Si/SiC 材料，然后通过真空扩散渗铝工艺制备了 Al-Si/SiC 复合材料。通过精确调控浸渗合金的铝浓度使制备的Al-Si/SiC复合材料具有可控的热膨胀系数，利用该工艺制备出热膨胀系数连续可调（4.6×10-6K-1~8.7×10-6K-1，0~40℃）的 Al-Si/SiC 复合材料，其力学性能优异，经检测密度为2.86g/cm3，弹性模量为236GPa，断裂韧性为6.1MPa＆#183;m1/2，可采用线切割、铣磨、钻孔、攻丝等手段加工，相比SiC陶瓷材料更易于高精度机械加工。扫描电子显微镜分析表明，制备的Al-Si/SiC复合材料均匀、致密，光学抛光后表面粗糙度均方根值达到1.017 nm。各项测试数据表明， Al-Si/SiC复合材料作为反射镜可以满足空间光学的应用。

SiC颗粒尺寸对镁合金化学镀Ni-P-SiC层摩擦学性能的影响

为了探讨SiC颗粒尺寸对Ni-P-SiC化学镀层摩擦学性能的影响,在Ni-P化学镀液中分别加入纳米、亚微米、微米SiC颗粒制备Ni-P-SiC复合镀层,采用扫描电镜(SEM)、能谱仪、硬度计、摩擦磨损试验机等研究了SiC颗粒尺寸对Ni-P-SiC镀层形貌、成分、硬度、耐磨性的影响。结果表明:亚微米SiC制成的复合镀层表面晶簇均匀,晶胞细小;亚微米SiC强化镀层的效果最理想,镀层硬度最大,摩擦系数约为0.33,耐磨性最好。

添加SiC对SiAlON陶瓷热扩散系数的影响

尽管热导率是SiAlON陶瓷在各种应用中的关键参数,包括高温结构部件、磨损部件和刀具,但迄今为止对SiAlON陶瓷的研究主要集中在提高其力学性能上。目前针对SiAlON陶瓷热导率研究不足的问题,研究了添加高导热SiC颗粒对SiAlON陶瓷热扩散性能的改善作用。当固溶体SiAlON陶瓷具有由典型的缺陷组成的复杂晶体结构时,声子散射增大,从而降低了扩散系数。特别是通过添加0.25%SiC,研究了α-和β-SiAlON的热扩散系数的提高。此外,还研究了SiC颗粒尺寸对β-SiAlON热扩散系数的影响。利用逆扩散系数数据,确定了内外散射参数,与内散射相比,外散射是主要因素。此外,还记录了SiCp增强α-和β-SiAlON陶瓷的透射电子显微镜(TEM)图像,同时观察了SiC颗粒的分布。

增强体表面处理对SiC_P/Al-25Si复合材料组织及性能的影响

采用高温焙烧加酸洗的处理工艺对SiC颗粒表面进行处理,利用真空热压法制备SiC_P/Al-25Si复合材料,借助扫描电镜对粉末形貌及试样组织进行表征,采用X衍射仪对表面处理态SiC进行物相分析,测试了该复合材料的抗拉强度及热膨胀系数,研究了SiC颗粒表面状态及形貌对复合材料微观组织、抗拉强度及热膨胀系数的影响。结果表明,SiC颗粒经高温焙烧加酸洗处理后,SiC_P/Al-25Si复合材料中SiC颗粒与基体结合良好,材料致密度增大,同时该复合材料的抗拉强度明显提高,热膨胀系数降低。

干滑动摩擦下SiC/Al复合材料摩擦磨损性能

采用摩擦磨损试验机研究不同滑动距离下的SiC颗粒增强铝基复合材料(SiC体积含量为9%)的摩擦磨损性能。在载荷45 N(5 MPa)、转速200 r/min、转动距离分别为5000 r、10000 r以及20000 r条件下,进行连续干滑动摩擦实验。结果表明:在长程连续干滑动下,其摩擦系数变化可分为磨合区、缓慢上升区、加速上升区3个阶段;随着摩擦距离的增加,基体表面的温度急剧升高,进而发生黏着磨损,产生塑性流变区,多种摩擦方式并存使得该条件下摩擦系数与磨损量均增加。

纳米SiC对高频脉冲电沉积Ni镀层性能的影响

目的研究纳米Si C颗粒对Ni镀层的摩擦性能、显微硬度等的影响。方法采用高频脉冲电沉积技术制备了Ni/纳米Si C复合镀层,通过调整占空比实现了纳米Si C颗粒呈梯度分布。采用拉伸法测量了镀层的结合强度。通过摩擦磨损试验研究了Ni/纳米Si C复合镀层的摩擦系数和耐磨性能。采用纳米压痕测量了梯度镀层截面显微硬度和弹性模量的分布。结果纳米Si C颗粒呈梯度分布的镀层的结合强度超过40 MPa,而非梯度的仅为19 MPa。含质量分数为1.5%纳米Si C颗粒的镀层的摩擦系数约为0.26,而纯镍镀层的约为0.40,且含纳米Si C颗粒的镀层的磨痕宽度小且浅。纳米Si C颗粒呈梯度分布的复合镀层的表层显微硬度为6.0 GPa,弹性模量为250 GPa,而靠近界面处的显微硬度为1.9 GPa,弹性模量为160 GPa。结论纳米Si C颗粒呈梯度分布的镍镀层的结合强度明显高于非梯度镀层的。随纳米Si C颗粒含量的增加,镍镀层的耐磨性能增加,摩擦系数降低,且纳米压痕显微硬度和弹性模量也相应的增加。

高体积分数SiCP／AI金属基复合材料的压渗铸造工艺及热物理性能

本文使用压渗铸造工艺制备含高体积分数SiC颗粒的SiCP／Al复合材料，测试其热导率和热膨胀系数。通过球磨研磨和挤压成型控制SC颗粒大小和无机粘合剂含量，制备出SiC颗粒体积含量为50％～70％的SiC毛坯。优化工艺参数可在SiC毛坯中完全渗透熔融Al液。从体积含量为50％～70％的SCP／Al复合材料的显微组织可知，气孔偏聚于SiC颗粒和Al基体的分界面上，所测的热膨胀系数和热导率与估算值相符合。在SiC颗粒体积分数高于50％～70％时，由于在分界面上存在残余气孔，所测值比估算值小。通过调控工艺参数，高体积分数的SiCP／Al复合材料在先进电子仪器组件上是替代热沉材料的不错选择。

环氧树脂基碳纤维复合材料摩擦层的摩擦性能研究

为了提高碳纤维(CF)自行车轮毂的寿命,研究了以SiC颗粒改性的环氧树脂为基体,CF平纹布为增强体的复合材料在不同载荷、不同摩擦环境及不同SiC含量情况下的磨损量与摩擦系数。结果表明,增大载荷和湿态(水润滑)的摩擦环境会不同程度地增加复合材料的磨损量,同时随着SiC填料含量的增加,复合材料的耐磨损性能增加。

SiC颗粒增强铝基复合材料的摩擦磨损性能研究

采用干摩擦磨损试验机研究了速度和载荷对SiC颗粒增强铝基复合材料的摩擦磨损性能的影响,并对比了SiC颗粒增强铝基复合材料与HT250的耐磨性能。结果表明,在试验条件下,随着载荷的增加,磨损率增加,滑动摩擦系数先下降至最低值(载荷为10MPa)后缓慢增加。滑动摩擦速度对滑动摩擦系数和磨损率有着直接影响,随着速度的升高,材料的磨损率增加。在载荷为20MPa,速度为400r/min的高速高载下,材料容易发生严重的粘着磨损。

添加Cu对SiC_(p)/Al-Si复合材料组织与性能的影响

利用X射线衍射仪、扫描电镜、电子天平、力学性能试验机等研究了Cu元素含量对粉末冶金法制备的SiC_(p)/Al-Si复合材料组织与性能的影响。结果表明:添加Cu元素后,材料的致密度、硬度、抗拉强度及耐摩擦磨损性能都获得了较大的提高,且强度在Cu含量为4%(质量分数)时达到最大值。由于在基体中以铜粉的形式添加Cu元素时,较低温度下即可在Al-Cu边界通过互扩散形成液相,从而填充基体及界面处的缝隙、孔洞等缺陷;并且在压坯快速冷却到室温的过程中,生成的α-Al和Al_(2)Cu相均对材料有强化作用,使得复合材料的综合力学性能获得提高。

喷射沉积SiC_P／Al-7Si复合材料的疲劳裂纹扩展

采用紧凑拉伸试样进行恒载和降K控制的拉-拉疲劳实验,研究了喷射沉积SiC_p/Al-7Si复合材料及其基体的疲劳裂纹扩展行为.通过金相显微镜和扫描电镜观察了复合材料及其基体的组织和疲劳裂纹扩展形貌,研究了SiC颗粒对复合材料疲劳裂纹扩展机制的影响.结果表明:复合材料在任何相同的ΔK水平下其抗疲劳裂纹扩展能力优于基体材料,并表现出较高的疲劳门槛值.其原因是复合材料中裂纹裂尖遇到增强颗粒时,裂纹发生偏转,特别是SiC颗粒自身微裂纹萌生有效降低了裂纹尖端的应力强度因子,复合材料的裂纹闭合效应也随之增大.去除裂纹闭合效应的影响,当有效应力因子△K_(eff)作为裂纹扩展的驱动力时,复合材料的裂纹扩展速率却高于基体.

热等静压法制备SiC_p/Al复合材料的组织及性能研究

采用热等静压法制备SiC颗粒增强铝基复合材料,研究其显微组织和力学性能,分析复合材料的断口形貌及断裂机制,测定了其热膨胀系数。结果表明：热等静压后,复合材料中的SiC颗粒会出现颗粒团聚,形成硬质的SiC骨架。对于20%SiCp/6061Al（体积分数）复合材料,其抗拉强度能达到304 MPa,而20%SiCp/2024Al（体积分数）的抗拉强度为276 MPa,两种复合材料的抗拉强度都达到或超过其他制备方法的水平。复合材料的断裂方式为基体的韧性断裂、SiC颗粒的解理断裂、SiC颗粒与基体的界面脱粘3种方式并存的混合断裂形式。对比复合材料热膨胀系数的实际测量值和Turner、Kerner模型理论值,Turner模型理论值更接近实测值。