联合添加微量Sc、Zr元素对B4C/7075Al复合材料力学性能和腐蚀行为的影响

限制高强度B4C/Al复合材料工程应用的关键为腐蚀问题,添加微量合金元素是提高其耐蚀性的有效措施。采用压力浸渗法制备了B4C/7075和添加微量Sc、Zr元素的B4C/7075-0.15Sc-0.35Zr复合材料,利用扫描电镜、透射电镜、弯曲性能测试、拉伸性能测试、中性盐雾试验和电化学测试对比研究了联合添加Sc和Zr元素对B4C/7075Al复合材料的显微组织、力学性能和腐蚀行为的影响。结果表明:添加Sc和Zr元素后,复合材料的抗弯曲强度和抗拉强度升高,腐蚀速率降低,腐蚀电流密度(Jcorr)下降,耐蚀性增强,这是因为添加Sc和Zr元素后,复合材料的晶界析出相细小且不连续分布,无析出带(PFZ)消失。

高含量B_4C/6061Al复合材料热处理的组织与性能

采用粉末冶金法制备30%B4C/6061Al复合材料坯料,经过二次加工(挤压+轧制)后得到复合材料板材,对板材进行T6(530℃保温2 h后中温水淬,175℃时效6.5 h)热处理。采用光学显微镜(OM)和透射电子显微镜(TEM)对热处理前后复合材料的微观组织形貌进行观察,运用显微硬度仪和万能拉伸试验机对复合材料的热处理前后的力学性能进行测试。结果表明:退火态时观察到再结晶晶粒和少量位错;时效态时观察到大量的位错和析出相。热处理状态对复合材料伸长率无明显的影响,但对材料的硬度和抗拉强度影响较大,B4C/6061Al复合材料经T6热处理后硬度和抗拉强度分别提高了15%和12%。

B_4C/6061Al复合材料焊接接头组织与力学性能研究

基于碳化硼中^(10)B同位素优良的热中子吸收能力,铝基碳化硼复合材作为中子吸收材料越来越多的应用于核电站中。但碳化硼颗粒的加入使该材料的可焊性变差,因此研究其焊接行为变得十分必要。采用钨极氩弧焊(Tungsten inert gas,TIG)和搅拌摩擦焊(Friction stir welding,FSW)对体积分数为30%的B_4C/6061Al复合材料进行焊接,研究不同焊接方法、焊缝填充材料对复合材料对接接头微观组织及力学性能的影响。B_4C/6061Al复合材料焊接接头拉伸性能如下:FSW焊>TIG焊(Al-Si焊丝)>TIG焊(6061Al焊丝)>TIG焊(6061Al-Mg焊丝)>TIG焊(无填充)。TIG焊缝区容易产生气孔、B_4C颗粒分布不均匀及有害生成相是导致其力学性能不佳的主要原因。FSW可以有效避免基体金属与增强相的高温化学反应,使得焊缝区的晶粒细化,增强相颗粒的分布比TIG焊均匀,为30%B4C/6061Al复合材料最佳焊接方法,其接头的室温拉伸强度达247 MPa,为母材强度的85%。

液氮球磨5083合金和B4C／5083复合材料的拉伸性能

利用液氮球磨法制备了5083铝合金和B4C/5083复合材料,对该材料的微观结构和拉伸性能进行了研究。结果表明,液氮球磨5083合金和商业用5083、5083-H343材料相比,屈服强度分别提高了193%和35%;抗拉强度分别提高了72%和37%。加入增强相B4C后,B4C/5083复合材料的屈服强度和抗拉强度比5083合金提高,而伸长率降低,其原因是加载过程中载荷在基体和增强相间传递和高硬度的B4C所致。

B4C/6061Al复合材料中子吸收板在高温和装卸料模拟工况下的老化行为

对B4C质量分数分别为26%和31%的B4C/6061铝合金(6061Al)复合材料中子吸收板在高温(400℃)和装卸料模拟工况(硼酸水浸泡→去离子水清洗→高温干式运输过程)下进行老化试验,通过拉伸性能、尺寸、质量、密度等变化分析了其老化行为。结果表明:2种复合材料中子吸收板在高温老化过程中的性能稳定,尺寸、质量、密度、B4C含量及10B面密度均无明显变化,高温老化后375℃及室温拉伸性能随老化时间的延长未发生明显变化;模拟工况试验后矩形试样表面无明显的局部腐蚀现象,包覆试样表面局部腐蚀形成氧化膜,试验前后试样的厚度、质量、密度和10B面密度无明显变化。

高含量B4C/Al6061复合材料微弧氧化机制及耐腐蚀性

用微弧氧化技术对30%B4C/6061Al复合材料进行了表面改性处理,探索了该材料的微弧氧化机制、表面反应产物和形貌。结果表明：B4C/6061Al复合材料表面生成了一层灰白色的Al2O3层,B4C陶瓷粉末颗粒与基体6061Al微间隙得到闭合,其腐蚀电流密度降低约三个数量级,耐蚀性能高于未做表面微弧氧化的复合材料。

B_(4)C/6061Al复合材料的制备及其组织和拉伸性能研究

Al基复合材料可以充分发挥增强体与Al合金的性能协同作用,在保持Al合金低密度和良好的加工性能的基础上,进一步显著提高其强度和韧性。因此,在新一代运动器械中复合材料展现出了令人瞩目的应用前景。采用粉末冶金法制备了40vol%B_(4)C/6061Al复合材料,利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和拉伸试验等对B_(4)C/6061Al复合材料组织、拉伸性能及强化机理进行研究。结果表明,试验制备出的40vol%B_(4)C/6061Al复合材料组织致密,颗粒分散均匀,无较明显的孔洞出现。复合材料的抗拉强度较纯6061Al合金的增加约58.43%,且具有较好的加工成形性能。TEM表征结果表明,复合材料的强化效果不仅来源于B_(4)C颗粒的引入,还得益于B_(4)C颗粒与Al界面的良好结合以及Al基体中弥散分布的球形β'纳米析出相。

基于SPS方法对B_4C/6061Al复合材料的微观组织及磨损行为研究

采用化学镀铜的方法对B4C颗粒表面进行改性,以提高颗粒与基体合金之间的界面结合强度。通过等离子放电烧结（SPS）的方法制备颗粒含量为10%~50%的B4C/6061Al复合材料;对制备的复合材料的微观组织形貌、物相组成进行观察分析,并通过高速往复摩擦磨损试验机研究分析其磨损机制。结果表明：B4C颗粒均匀分布于基体合金中,B4C颗粒表面的镀铜层在等离子烧结过程中与基体发生反应,生成第二相Al2Cu,改善了增强体与基体间的结合情况;相对于B4C/6061Al复合材料,采用镀铜处理后的碳化硼制备出的复合材料表现出较低的磨损率,其磨损机制主要为粘着磨损、磨粒磨损和氧化磨损。

B4C/6061Al复合材料在辐照环境中的老化行为

在快中子及γ射线环境中开展了耐辐照试验,并对含26%(质量分数,下同)和31%B4C的B4C/6061Al复合材料的老化行为进行了分析。结果表明:去离子水中经受3.99×1019nvt的快中子注量和3.30×1011radγ射线辐照后,试样表面颜色变深,但无明显的局部腐蚀和变形,辐照后B4C颗粒尺寸无明显变化,没有脱落现象;辐照后材料的屈服强度、抗拉强度和硬度略有增加,伸长率下降,有一定的辐照效应;辐照前后试样尺寸变化不明显,有轻微的增厚现象,说明表面形成了铝的氧化膜;辐照后材料密度略有降低,但仍然接近理论密度;辐照前后10 B面密度基本没有变化。

基体合金对B4C/Al复合材料力学及抗弹性能的影响

为研究基体合金对B4C/Al复合材料力学性能及抗弹性能的影响,选择强度、硬度和塑性各不相同的5083Al、2024Al和7075Al铝合金为基体合金,采用压力浸渗工艺制备B4C颗粒增强体积分数为55%的B4C/5083Al、B4C/2024Al和B4C/7075Al复合材料,并对其进行力学性能和抗弹性能测试。结果表明:3种B4C/Al复合材料的力学性能特征与基体铝合金相对应,B4C/7075Al复合材料的强度和硬度最高,抗侵彻能力最好,侵彻深度为15.7 mm,防护系数为4.13;B4C/5083Al复合材料的塑性最好,其靶板整体能力最好。

声发射方法表征B_4C/6061Al复合材料疲劳损伤机制

对B_4C/6061Al复合材料在疲劳载荷作用下的声发射响应和动态弹性模量进行了研究,综合表征了复合材料的疲劳损伤与裂纹萌生机制。检测了B_4C增强铝基复合材料在应力控制拉-拉疲劳试验下的疲劳性能,通过建立模型分析复合材料的断裂机理并通过动态弹性模量-声发射耦合方法分析B_4C/6061Al复合材料在疲劳载荷作用下的疲劳损伤机制;同时使用扫描电镜观察复合材料断口形貌,分析其断裂行为;最终通过所建立的模型分析复合材料断裂机理,并通过动态弹性模量-声发射耦合分析B_4C/6061Al复合材料在循环载荷下的疲劳损伤机制,建立复合材料塑性应变能、疲劳应变之间的线性关系。

B_4C/Al复合材料的研究进展及展望

综述了国内外B4C/Al复合材料的制备过程、反应产物、结构及主要性能。指出B4C/Al复合材料的主要反应产物为B4C、Al、Al4BC(Al3BC)、AlB24C4、AlB2、Al3B48C2及Al4C3,并讨论了B4C/Al复合材料界面反应产物对材料性能的影响和解决途径。同时指出B4C/Al梯度复合材料必将成为研究的发展方向。

无压浸渗法制备B_4C/Al复合材料研究

采用无压浸渗法,分别以纯铝、超硬铝LC4和铸造铝合金9Si-3Mg-1Zn为渗体和碳化硼陶瓷预制体进行复合,制备出有高陶瓷体分比的B-Al-C陶瓷-金属复合材料,弯曲强度350～600MPa,韧性5～9MPa·m-1/2,采用扫描电镜,X射线衍射仪和金相显微镜和透射电镜对材料的微观结构进行分析,分析结果表明材料界面复合良好,在碳化硼和铝的界面有薄的Al3BC反应层生成使碳化硼与铝紧密结合,在复合材料中碳化硼形成连续的骨架结构,金属相起到增韧、增强的作用。

高含量B_4C/Al基复合材料磨损行为研究

对质量分数分别为20%、30%和40%的高含量B4C/Al基复合材料的磨损行为进行了研究,分析了颗粒含量、载荷变化以及磨损时间对该复合材料磨损性能的影响,探索了该复合材料磨损过程的微观机制。结果表明:B4C/Al基复合材料的磨擦系数随B4C含量的增加而减小,材料耐磨损性能随B4C硬质颗粒含量的增加而提高;随载荷从30 N增加到70 N,B4C/Al复合材料的磨擦系数先减小再增加,材料磨损速率随载荷增加而增大。随磨损进行,整个磨损过程体现出阶段性的变化,复合材料的摩擦系数先减小再增加,磨损速率先缓慢增大,然后较快增长。高含量B4C/Al基复合材料磨损过程主要表现为犁削磨损和黏着磨损的磨损方式,同时还伴随有氧化磨损机制。

B_4C/Al复合材料力学性能及其断裂机理的研究

对无压浸渗法制备的B4C/Al复合材料进行了力学性能测试。结果表明,B4C/Al复合材料的抗弯强度和断裂韧性与单一B4C材料相比有显著提高。B4C/Al复合材料的抗弯强度及断裂韧性分别比单一B4C提高了18.39%和75.27%,但其硬度降低。B4C/Al复合材料经扫描电镜和背散射仪分析后发现,无压浸渗法制备的B4C/Al复合材料中没有大尺寸的显微缺陷,组织分布比较均匀、致密;B4C以连续的骨架结构存在,而渗入的铝相也以连续基体的形式存在;单一B4C存在较多的穿晶断裂,而B4C/Al复合材料的断裂方式主要以沿晶断裂为主,这是B4C/Al复合材料断裂韧性提高的主要原因。

共沉淀法原位合成无压烧结TiB_2/B_4C陶瓷复合材料

以TiCl4溶液和B4C粉末为主要原料,采用共沉淀、原位合成无压烧结技术制备了TiB2/B4C陶瓷复合材料。研究了原料配比、烧结温度对TiB2/B4C陶瓷复合材料的烧结性能、显微组织和力学性能的影响。通过X射线衍射、金相显微镜、扫描电镜等分析手段,分析了TiB2/B4C陶瓷复合材料的物相组成、显微组织和断裂特征。研究结果表明:当成分质量配比TiB2:B4C为40:60时,材料最大相对密度为98.5%T.D;在最佳成分配比下,随着烧结温度的升高,原位合成制备的TiB2/B4C陶瓷复合材料的密度、硬度、抗弯强度均为先升高后降低,材料的最佳烧结工艺为2050℃,1h。在最佳烧结工艺下,TiB2/B4C陶瓷复合材料的密度、硬度、抗弯强度和断裂韧性达到最佳值分别为3.17g/cm3,31.5GPa,381MPa和5.1MPa·m1/2。

B_4C/TiC/Mo陶瓷复合材料的力学性能和微观结构

采用热压法制备了B4C/TiC/Mo陶瓷复合材料,分析了烧结工艺和TiC含量对B4C/TiC/Mo陶瓷复合材料力学性能和显微结构的影响。当烧结参数为1900℃,45min,35MPa时,85.3%(质量分数,下同)B4C/10%TiC/4.7%Mo陶瓷复合材料的抗弯强度、韧性、硬度和相对密度分别为705MPa,3.82MPa.m1/2,20.6GPa,98.2%。添加的TiC在烧结过程中与B4C发生化学反应生成了TiB2,利用生成的TiB2与添加的Mo协同增韧补强B4C/TiC/Mo陶瓷复合材料。

B_4C颗粒增强铝基复合材料微观形貌和力学行为分析

通过中温热压法(热压温度在固液相线之间)制备出不同碳化硼含量的铝基复合材料,并轧制成板。经T6热处理后对B4C/Al复合材料进行微观形貌、力学性能分析。结果表明,碳化硼颗粒分布均匀,有较少的微气孔缺陷,随着碳化硼含量的增加,增强颗粒尺寸明显变小。B4C/Al复合材料的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率随着碳化硼含量的增加而减小,与6061铝合金相比降低幅度较大,硬度随着碳化硼含量的增加而提高,靠近颗粒处硬度显著提高。B4C/Al复合材料的断裂方式是脆性断裂。

热压温度对C-SiC-B_4C复合材料性能的影响

用热压烧结法制备C-SiC-B_4C复合材料,研究了热压温度对其显微组织和力学性能的影响.结果表明,材料的体积密度、抗折强度和断裂韧性均随着热压温度的升高而提高.在2000℃烧结的复合材料综合力学性能最佳,其体积密度、气孔率、抗折强度和断裂韧性分别达到2.81 g/cm^3、2.4%、236.7 MPa和5.4 MPa·m^(1/2).随着热压温度的提高,材料的组织经历了陶瓷相长大、C相变薄、C相和SiC逐渐致密化等过程.利用鳞片石墨C_(fg)易在压力下滑动在陶瓷基体上形成C_(fg)条状组织的特性,实现了材料的显微组织设计.碳陶复合材料的界面结合状态改善、C_(fg)条状结构和C_(fg)与陶瓷相的热膨胀不匹配是材料力学性能提高的主要原因.

B_4C增强Al基复合材料的研究进展

综述了当前B4C增强Al基复合材料的研究现状,通过对比不同制备工艺所得复合材料的拉伸强度、硬度、耐磨性能和延伸率等力学性能,总结了粉末冶金法、高能球磨法、无压渗透法、搅拌铸造法以及其他制备技术的优缺点,提出复合材料制备过程中存在的问题及解决方法;此外还介绍了B4C的强化机制;并对B4C增强Al基复合材料未来发展方向和研究重点进行了展望。