烧结温度对SiC_(p)/2024Al复合材料组织与性能的影响

以高纯度碳化硅(SiC)颗粒和2024铝合金粉末为原材料,采用高速球磨+热压粉末冶金工艺制备了不同烧结温度下的SiC_(p)/2024Al复合材料,研究了不同烧结温度对该材料显微组织及力学性能的影响。结果表明:烧结温度较低时该材料孔隙率较高,孔隙在断裂失效中起主导作用;随烧结温度升高,该材料孔隙率降低;材料断裂失效呈SiC颗粒脆性断裂、基体合金撕裂、界面结合失效开裂三种失效方式共存特点;当烧结温度为590℃时,该材料组织致密,抗拉强度、硬度和伸长率分别达到最大值364 MPa、106 HV和7.6%。

激光切割SiC/Al复合材料的温度场仿真分析

SiC/Al复合材料具有较高的强度、较低的热膨胀系数和较好的耐腐蚀性,使其在多个高技术领域中具有很大的应用潜力和价值。然而,由于SiC/Al复合材料的高硬度特性,使用传统切削技术对其进行加工时,刀具磨损严重,影响加工效率。而激光切割技术在SiC/Al复合材料加工方面具有显著优势。文章利用有限元分析软件对SiC/Al复合材料进行仿真分析,了解材料特性和激光切割去除机理,探究加热时间、光斑尺寸等对材料表面温度场的影响。

挤压铸造(SiC_(w)+CNTs)/2024Al复合材料高温摩擦磨损性能

铝基复合材料因具有低密度、高硬度、高强度以及耐磨损等特点,是制备轻量化制动零部件的理想材料。本研究采用挤压铸造法和热挤压工艺制备了具有优异耐磨性的(SiC_(w)+CNTs)/2024Al复合材料。利用干滑动摩擦磨损实验研究了复合材料在高温条件(200℃)不同载荷(5~20N)下的耐磨性。研究表明,相较于2024Al,复合材料在高温低载荷条件下具有高且稳定的摩擦系数以及低的磨损率,而在高载荷条件下,其摩擦系数显著降低且出现明显的波动。通过增加载荷使得SiC_(w)和CNTs被拔出,CNTs自润滑能力及硬质SiC_(w)的表面强化作用得到充分发挥,大幅度降低了材料的摩擦系数。高温下2024Al被软化,发生粘着磨损,而复合材料中混杂增强体的存在有效提高了材料的高温耐磨性。

一种双相增强2024Al复合材料的制备及其力学性能研究

为了提高2024Al基复合材料的强度和塑性,通过球磨和放电等离子烧结技术(SPS)制备了TiB_(2)-C_(f)(Ni)/2024Al复合材料。使用SEM对所制备材料的微观组织进行表征;使用XRD对材料的物相组成进行表征;使用维氏硬度计对复合材料的硬度进行测试;使用拉伸试验机对所制备材料的拉伸力学性能进行测试,并且通过拉伸断口的SEM形貌分析了所制备材料的断裂机理。结果表明:在TiB_(2)-C_(f)(Ni)/2024Al中,碳纤维和TiB_(2)均匀分布在铝基体中,其析出相Al_(2)Cu、Al_(2)CuMg的尺寸比2024Al、TiB_(2)/2024Al、C_(f)(Ni)/2024Al析出相的尺寸更加细小。TiB_(2)-C_(f)(Ni)/2024Al的硬度达到115.8 HV,抗拉强度为345.0 MPa,断裂伸长率为8.5%,相比于2024Al的分别提高27.5%、33.9%和129.7%。

SiC_p/2024Al铝基复合材料搅拌摩擦焊接头微观组织

利用搅拌摩擦焊对SiCp/2024Al铝基复合材料进行了焊接。采用急停实验分析母材瞬间移动行为。利用金相显微镜,TEM观察接头组织。接头显微组织分析表明,接头中形成V字型结构,且SiC颗粒因焊缝位置不同而分布不均匀。在热机影响区中,SiC出现偏析;在焊核区,SiC颗粒较少。若参数选择不当,焊核中心区出现了颗粒消失现象。焊缝不同位置透射电镜分析表明,SiC/Al界面结合清晰,无脆性相生成,并在其中发现了破碎的SiC颗粒。

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.

SiC_p/Al_2O_(3f) 混杂增强 2024Al 复合材料摩擦磨损性能的研究

研究了２０２４铝合金、ＳｉＣｐ／Ａｌ２Ｏ３ｆ混杂增强２０２４Ａｌ复合材料与汽车刹车材料对磨时的摩擦磨损性能．借助扫描电镜对磨损形貌的观察，分析了材料的磨损机理．在本研究的试验条件下，２０２４铝合金的磨损极为严重，ＳｉＣｐ／Ａｌ２Ｏ３ｆ混杂增强２０２４Ａｌ复合材料的耐磨性能良好．由于ＳｉＣｐ／Ａｌ２Ｏ３ｆ混杂增强２０２４Ａｌ复合材料的密度较低，因而该材料在汽车工业中有广泛的应用前景．

SiC_(p)/2024Al基复合材料的点蚀形貌

用扫描电镜对浸泡在w(NaCl)=3 5%水溶液中的SiCp/2024Al金属基复合材料(AlMMCs)的点蚀形貌进行了观察,作为对比,对其基体合金的点蚀行为也进行了研究·结果表明,SiCp/2024AlMMCs的点蚀形貌与SiC颗粒的体积分数和尺寸有关,SiC含量高或尺寸小的AlMMCs,其蚀孔数量较多,尺寸较小·与基体合金相比,AlMMCs的点蚀孔较大,数量较少,分布也较不均匀,甚至出现局部严重腐蚀的现象·能谱分析表明,SiCp/2024AlMMCs的腐蚀机制为富Cu阴极相与贫Cu阳极相间的电偶腐蚀·另外,SiC与Al间也存在电偶腐蚀倾向·

元素粉末法制备SiC_p/2024Al复合材料扩散均匀化研究

利用元素粉末真空热压工艺制备SiCp/2024Al复合材料,采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对真空热压中各元素粉末的扩散均匀化过程及扩散均匀化温度和保温时间对颗粒增强Al基复合材料显微组织的影响进行了研究。结果表明,该复合材料热压态组织中有Cu的富集相存在;随着扩散均匀化处理过程中温度的升高和时间的延长,Al2CuMg相完全溶入Al基体中,Cu的扩散逐渐充分,各元素分布趋于均匀。该复合材料最佳扩散均匀化处理工艺参数为500℃保温3h。

SiC_p/2024Al铝基复合材料表面颗粒暴露及真空钎焊分析

采用复合材料表面颗粒暴露及表面合金化工艺,利用M6和BAI88S i钎料对S iCp/2024A l铝基复合材料进行钎焊试验,并进行金相分析、拉伸试验和X射线衍射试验。结果表明:采用(NaOH+HNO3)工艺能将复合材料表面颗粒部分暴露出来;采用表面沉积Cu,使用M6钎料,能改善钎缝的结合状态;钎缝与铝基复合材料间无明显界限,结合良好,并形成了有S iC颗粒增强的复合钎缝,S iC颗粒在钎缝中无团聚现象;钎焊接头强度能达到202 MPa;在钎缝中无A l4C3脆性相生成。

SiC_p/2024Al基复合材料的点蚀行为

采用动电位阳极极化法对17%SiCp/2024Al基复合材料及其基体合金在3.5%NaCl水溶液中的耐蚀性进行了研究。结果表明SiC颗粒的加入并不影响SiCp/2024Al基复合材料的点蚀敏感性,但与基体相比,其耐蚀性有所下降。对极化后和长期浸泡试样的腐蚀形貌观察发现与基体相比,SiCp/2024Al基复合材料表面上的蚀孔数量相对较多,蚀孔尺寸稍小,大小分布不均匀;最大蚀孔较深,并有严重的裂缝腐蚀;裂缝腐蚀的存在会使SiCp/2024Al基复合材料的点蚀抗力明显降低。能谱分析表明SiCp/2024Al基复合材料的腐蚀机制为富Cu阴极相与贫Cu阳极相间的电偶腐蚀,另外,SiC与Al间也存在电偶腐蚀倾向。

时效对SiCw/2024Al复合材料点腐蚀行为的影响

利用透射电镜观察了经时效处理后复合材料的微观组织结构,用恒电位仪测试了室温下3 5%NaCl溶液中时效状态对SiCw/2024Al复合材料电化学腐蚀行为的影响规律,并利用扫描电镜观察了不同时效状态下极化后复合材料表面的微观组织形貌.结果表明:不同的时效状态对复合材料的点蚀电位没有影响,但使其点蚀电流发生较大的变化;3种时效状态下复合材料表面点腐蚀程度的差异,是由于复合材料微观组织结构的差别导致点腐蚀速率不同造成的.

数值模拟研究SiCp/2024Al复合材料动态力学性能

基于复合材料扫描电镜图像,通过图像处理和识别技术,建立复合材料真实微观结构有限元模型,利用该微观模型对SiCp/2024Al复合材料在准静态与动态下的力学性能进行研究。结果表明,SiCp/2024Al复合材料在准静态与动态下的力学性能有显著差异,随着应变率增大,复合材料的弹性模量、屈服强度、流动应力均增大,在高应变率下复合材料出现应变软化现象;在动态压缩过程中,高体积分数SiCp/2024Al复合材料其承载机理与低体积分数复合材料不同;SiCp/2024Al复合材料在加载过程中同时受到应变硬化、应变率硬化作用,并随着增强体SiC颗粒体积分数增大,应变率敏感率随之增加。

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。

SiC_(p)/2024Al复合材料高应变率热变形行为的新本构模型

通过分离式霍普金森压杆(SHPB)动态压缩试验研究了体积分数为45%的铝基碳化硅颗粒增强复合材料(SiC_(p)/2024Al)在大应变率和变形温度范围内的热变形行为,分析了热变形参数(变形温度和应变率)对流动应力的影响。研究发现:变形温度和应变率对复合材料的流变应力、抗压强度、弹性模量、应变率敏感性有显著影响;抗压强度、弹性模量随变形温度的增大而减小,而抗压强度、弹性模量、应变率敏感性随应变率的增大出现了拐点。根据试验结果,结合热力学和统计损伤力学理论,建立了描述SiC_(p)/2024Al复合材料动态热变形行为的连续损伤本构模型,预测的流动应力与试验结果吻合较好,表明所建立的模型能够准确地描述SiC_(p)/2024Al复合材料动态热变形行为。

SiC/Al复合材料的显微组织与界面研究

通过无压浸渗工艺制备了体积分数为45vol%,颗粒粒径为80μm的SiC/Al复合材料,利用金相显微镜、扫描电子显微镜观察复合材料的显微组织。结果表明,SiC/Al复合材料中可观察到增强相颗粒在基体中均匀分布,局部组织中存在孔隙和界面结合不良的情况。基体中的Si元素会以共晶Si的形式析出;C元素分布较为均匀,主要是参与了和Al基体的界面反应;基体中存在Mg和Si的富集区域,主要是由于浸渗过程中析出了Mg2Si相;近界面处存在富Mg和O的反应产物,复合材料中各种组织和相的存在均会影响材料的力学性能。

Al填料改性PIP-2D SiC_(f)/SiC复合材料力学性能和电磁屏蔽性能

以Al粉为活性填料,采用先驱体浸渍裂解法(PIP法)制备二维连续碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(2D SiC_(f)/SiC复合材料),采用XRD、SEM和热失重仪分析不同Al粉含量对聚碳硅烷裂解产物的组织成分演变行为,采用力学试验机和矢量网络分析仪研究不同Al粉含量对复合材料的力学及电磁屏蔽性能影响。结果表明:随着Al填料质量分数从0%增加至40%,复合材料弯曲强度先升高后下降,最高可达383 MPa;Al填料的引入使得复合材料复介电常数逐渐升高,电磁屏蔽效能逐渐增加至26 dB,得到了显著的提升,电磁屏蔽效能大幅度提升主要原因是Al填料含量增加引起复合材料复介电常数虚部显著增加。

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。

SiC颗粒清洗介质对无压浸渗SiC/Al复合材料微观组织和力学性能的影响

选用国产磨料级SiC颗粒,平均粒径在60~80μm范围内,采用无压力渗透法制备了SiC/Al复合材料。采用不同的清洗方法对硅碳颗粒上的细颗粒和有机物进行了连续清洗,考察了它们对SiC/Al复合材料微观组织和力学性能的影响。结果表明,经去离子水和丙酮清洗的碳化硅颗粒表面整洁,所得复合材料内部缺陷显著减少,力学性能分别提升至(347.48±29.87)和(348.39±4.40)MPa。其中,丙酮可有效清除颗粒表面吸附颗粒和有机物,整体保证颗粒与熔融铝液的润湿性,复合材料内部缺陷最少,材料力学性能稳定性最好。

SiC_p/2024Al基复合材料蠕变时效幂律本构方程的建立

在时效温度423~463 K、实验应力150、175和200 MPa的条件下,采用电子蠕变机对SiCp/2024Al基复合材料蠕变时效行为进行研究。采用幂律本构方程,通过对实验数据的线性回归分析,建立SiCp/2024Al基复合材料稳态蠕变速率与实验应力及时效温度之间的本构模型。研究表明,随着实验应力增大和时效温度的升高,SiCp/2024Al基复合材料的稳态蠕变速率增大,且蠕变曲线在第二阶段的持续时间缩短;根据本构模型计算得到的稳态蠕变速率的计算值与实验值基本吻合,表明该本构模型能准确的描述SiCp/2024Al基复合材料蠕变时效行为。