B4C/Al复合材料摩擦磨损特性研究

利用无压烧结和无压浸渗工艺制备了致密均匀的B4C/Al复合材料,通过研究复合材料在保温处理前后的组织变化和磨损形貌变化,研究了复合材料的摩擦磨损特性。结果表明,保温处理可有效减少复合材料中Al和B4C的含量,并显著提高Al3BC的含量,并形成新的陶瓷相AlB2相。由于陶瓷相的增多,保温处理后的B4C/Al复合材料的硬度得到显著提高,摩擦因数更为稳定,磨损表面较光滑,磨损量极少,显示出优异的耐磨性。

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。

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。

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。

B_4C和Al在高温条件下的化学反应及相组成的研究

采用X射线衍射和差热分析系统研究了B4C和Al在高温条件下的化学反应和相组成。研究结果表明:B4C和Al在0~1 500℃温度区间内反应生成相有Al3BC、AlB2、Al4C3和AlB12C2。在该区间内,B4C和Al生成新相的反应分为三个阶段:Al3BC和AlB2相在625~690℃温度区间反应生成;Al4C3相在1 150~1 185℃温度区间反应生成;AlB12C2相在1 320~1 350℃温度区间反应生成。分析了无压浸渗法所制备B4C/Al复合材料的相组成,并测试了其力学性能。

B_4C/Al复合材料的相及其显微组织的研究

用无压浸渗法制备了B4C/Al复合材料。采用X射线衍射仪、能谱仪、扫描电镜、透射电镜以及光学显微镜对复合材料的相及其微观组织进行了观察及分析。结果表明,在B4C/Al复合材料中,Al3BC相沿碳化硼和铝的界面生长,增加了碳化硼和铝的界面结合强度;AlB2是类似棒状的长条晶体,嵌于碳化硼和铝之间,当材料受外力冲击时起增韧作用。该复合材料中碳化硼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,形成了双连续骨架结构。该复合材料的断裂方式是沿陶瓷骨架的穿晶断裂和金属铝的桥接断裂。

MC方法研究颗粒变化影响B_4C/Al中子吸收性能的机制

运用MCNP和MCAM程序,选择中子能量为0.025~100eV,B4C/Al的厚度为0.1mm,B4C质量分数为30%,建立B4C颗粒度为63~90μm的B4C/Al复合材料模型,计算其中子透射系数。结果表明,对于能量≤0.1eV的热中子,B4C/Al复合材料较于理想状态中子透射系数下降11%以上;10B直接俘获是B4C/Al复合材料吸收中子的机制,而中子隧道效应则是中子穿透的机制;B4C/Al复合材料得到的直接透过材料的中子通量提高了50%,10 B直接俘获中子数减少了10%~17%。本研究将为B4C/Al中子屏蔽材料的优化设计提供理论依据。

快速热压法制备B_4C/Al中子吸收材料的力学性能

采用粉末冶金快速热压法制备B_4C/Al中子吸收材料,对其进行T6态热处理,通过对材料的密度、硬度与抗弯强度等性能的测试以及材料微观组织、物相组成和弯曲断口形貌的观察与分析,研究成形压力、热压压力与温度以及B_4C颗粒含量的影响。结果表明,B_4C/Al复合材料的物相组成为Al和B_4C;B_4C颗粒均匀地镶嵌在基体中,颗粒与基体结合紧密。材料密度随压制压力增加而增大,随B_4C含量增加而降低,在热压压力和温度共同作用下,铝合金液充分填充压坯孔隙从而实现高致密。当B_4C的质量分数为30%时,在150 MPa预成形压力下压制、530℃/10 MPa条件下热压后所得B_4C/Al复合材料的相对密度最高,达到99.87%,断裂方式为韧性断裂。经T6态热处理后,硬度HB和抗弯强度均提高,分别达到123.49和394.117 MPa,断裂方式转变为脆性断裂。

B_4C/Al-Al层状复合材料的微观组织与力学性能

以6061Al合金板为包覆材料,以B4C/Al材料作为中间层,采用粉末冶金法制备三明治结构的B4C/Al-Al层状复合板,进一步轧制成不同厚度的板材。对复合板的微观形貌与结构进行观察和分析,测试材料的抗拉强度和硬度,分析断裂机理。结果表明:B4C/Al-Al层状复合板的Al合金层和B4C/Al层之间界面结合良好,在B4C/Al层中B4C颗粒均匀分布在Al合金基体中;复合材料的硬度呈"馒头峰"分布,中间层的硬度大于包覆层的硬度;随板材轧制厚度减小,复合材料的抗拉强度提高,最大抗拉强度达205 MPa,与轧向呈0°,45°和90°这3个方向的抗拉强度相差不大,拉伸过程中的温升差约为2℃;B4C颗粒的加入对Al合金基体起到强化作用,断裂过程中的失效形式主要为颗粒/基体界面脱粘和铝合金的撕裂。

B_4C/Al中子吸收材料的拉伸性能及断口特征

通过B4C/Al中子吸收材料在室温至350℃的拉伸试验,分析了该材料的拉伸断裂主要影响因素,阐述了B4C颗粒粒度对拉伸断裂的影响。结果表明,温度对B4C/Al材料拉伸性能有明显影响,该中子吸收材料是低塑性材料,但与国外同类材料相比拉伸性能优良;大颗粒B4C与基体的协调变形能力差,拉应力下B4C和基体铝界面易产生剪切应力,使其与基体脱离开;B4C/Al材料在拉伸过程中,裂纹首先在大颗粒B4C与Al基体的界面处产生。

基于Al-B_(4)C中子吸收材料的Monte Carlo模拟

【目的】探究Al-B4C复合材料的中子吸收性能。【方法】建立中子入射模型,采用Monte Carlo方法,运用MCNP5程序模拟碳化硼含量10%~30%、中子能量0.1~2.0 MeV、材料厚度1~3 cm等参数对Al-B4C复合材料的中子吸收性能的影响。【结果】模拟结果表明,碳化硼含量与中子透射系数基本上呈一次线性下降的关系,且下降趋势逐渐减小。随着材料厚度的增加,材料厚度与中子透射系数呈指数下降关系,下降幅度随着厚度的增加逐渐减弱,中子透射系数随着中子能量的变化呈现起伏趋势,并出现“反转”现象。【结论】由此得出Al-B4C复合材料的中子吸收性能受到碳化硼含量、材料厚度、中子能量的影响。

B_4C/Al中子吸收板腐蚀过程中的起泡研究

根据亨利定律,建立了B4C/Al中子吸收板包壳腐蚀起泡的模型,计算了孔隙半径、温度对起泡的影响,并利用孔隙毛细管效应分析了孔隙对中子吸收板起泡的影响。结果表明:孔隙半径越小,腐蚀产生的氢气压力越大,B4C/Al中子吸收板包壳更易起泡;温度对腐蚀产生的氢气压力影响非常小,而孔隙半径是影响氢气压力的主要因素;氢气持续产生并在孔隙毛细管中积聚,是包壳产生起泡的动力;水分容易通过孔隙毛细管在B4C/Al芯体中扩散,可导致Al腐蚀,引起包壳起泡。

B4C／Al复合材料的制备工艺和组织研究

研究了用无压浸渗法制备的B1C/Al复合材料的制备工艺和组织。通过对碳化硼陶瓷预制体成型压力和保压时间的控制，采用X射线衍射、扫描电子显微镜及能谱仪分别对B1C／Al复合材料的相组成、微观形貌和微区成分进行分析。结果表明：成型压力为100MPa，保压时间选择1．5min，预烧温度在1700℃时，可以制得组织致密、均匀的B1C／Al复合材料。金属铝在高温下浸渗时与碳化硼陶瓷骨架反应生成Al3BC，AlB2，Al2C3等陶瓷相。Al3BC和AlB2为主要反应产物。B4C／Al复合材料中碳化硼是以连续的骨架结构存在，渗入的铝相则以连续基体的形式铺满整个组织。

用于反应堆乏燃料贮存和运输的B_4C/Al复合材料研究进展

B4C/Al复合材料是一种集结构和功能于一体的中子吸收材料,在反应堆乏燃料贮存和运输领域有着广阔的应用前景。综述了B4C/Al复合材料的主要制备工艺及国内外研究现状,并展望了未来的发展方向,最后指出随着我国核电事业的发展,B4C颗粒增强铝基复合材料将作为研究重点并在辐射屏蔽领域广泛应用。

热轧工艺对20%B_4C/Al复合材料显微组织及缺陷的影响

采用热等静压烧结与热轧相结合的方法制备了20%B_4C/Al(质量分数,下同)复合材料,采用排水法及SEM、EDS等手段研究了热轧工艺(道次变形量、总变形量)对复合材料缺陷及显微组织的影响。研究结果表明,热等静压制备的B_4C/Al复合材料坯体密度可达2.66g/cm3(相对密度100%),B_4C颗粒分布均匀且与Al界面处结合紧密;B_4C/Al复合材料轧制道次变形量应控制在10%以内,进一步增加道次变形量复合材料内出现宏观裂纹。复合材料经热轧后,B_4C颗粒仍分布较为均匀,且与Al基体结合紧密,复合材料内部未观察到明显的显微缺陷。

保温处理对B4C／Al复合材料组织和性能的影响

为了降低无压浸渗制备的B4C/Al复合材料中铝的含量,增加复合材料中陶瓷相的含量,并提高复合材料的性能,研究了保温处理对B4C/Al复合材料的组织和性能的影响。结果表明,无压浸渗制备的B4C/Al复合材料中主要包含Al、B4C和Al3BC相,保温处理可有效减少B4C/Al复合材料中Al和B4C的含量,并显著提高Al3BC和AlB2相的含量。由于保温处理后B4C/Al复合材料中Al含量明显减少,以及陶瓷相含量明显增多,B4C/Al复合材料的硬度、抗压和抗弯强度均得到了较大的提高。且在850℃下保温24h后,B4C/Al复合材料的组织和性能可达到最佳状态。

55%B4C/7075Al复合材料抗弹性能与损伤行为研究

通过压力浸渗方法制备体积分数55%B4C/7075Al复合材料,并测试其对7.62 mm穿甲燃烧弹的抗弹性能。结果表明:复合材料具有优异的抗弹性能,相比于603装甲钢,防护系数可达4.13,厚度系数可达1.37。利用SEM观察55%B4C/7075Al复合材料不同侵彻位置的微观损伤,并利用LS-DYNA对子弹侵彻靶板过程进行有限元分析模拟,重点研究靶板不同位置的应力分布,阐明了B4C/Al复合材料在弹体侵彻过程中不同位置的宏微观损伤机制。

高能球磨工艺对B_4C/Al复合粉体结构演变及分布均匀性的影响

制备B4C增强Al基复合材料存在的难点主要是B4C颗粒在Al基体中的均匀分布及界面结合。本研究采用卧式搅拌高能球磨法制备了B4C/Al复合粉体,研究了搅拌轴转速和球磨时间对B4C/Al复合粉体结构演变及分布均匀性的影响。结果表明,随搅拌轴转速的提高,复合粉体受磨球碰撞时所获能量增大,增强体颗粒瞬间被破碎同时使Al粉发生较大的塑性变形,随球磨时间的延长,破碎的B4C颗粒逐渐在Al基体中分散均匀并与基体焊合,利于粉体实现均匀分布和良好的界面结合。球磨过程中B4C沿颗粒棱边脆性断裂,在Al粉的冷焊变形过程中被嵌入,形成一种片状化的Al粉基体包裹B4C增强相的复合粉体。在搅拌轴转速为600/800r/min(交变转速,交变频率为1min),球磨时间为2h时,B4C/Al复合粉体的粒度得到细化,B4C颗粒在Al基体中分布均匀、界面结合紧密。

真空热压烧结制备高性能B_4C/Al复合材料

B_4C/Al复合材料因其优异的性能,受到了人们广泛关注。以Al粉和B_4C粉体为原料,采用真空热压烧结法,在高于Al熔点温度时,制备出了碳化硼含量10wt%的铝基复合材料。研究结果表明:烧结温度为700℃,烧结压力为30 MPa,保温时间为45 min时,获得的B_4C/Al复合材料力学性能最佳,其相对密度为98.2%,硬度为2.53 GPa,抗弯强度为350 MPa。球磨混料使Al颗粒表面生成少量Al_2O_3,在烧结过程中,Al_2O_3与B_2O_3发生固-液反应形成共融物,改善了B_4C/Al之间的界面结合强度,从而获得力学性能优异的B_4C/Al复合材料。

掺加SiC晶须对B_4C-Al_2O_3复合材料性能的影响

B4C－ 20vol％ Al2O3和 B4C－ 30vol％ Al2O3两种材料分别掺加了 15vol％ (体积比 )的 SiC晶须 (SiCw)在 1850℃、 35MPa下热压烧结 40min。结果表明： SiCw的掺入，使复合材料的力学性能下降，特别是 B4C－ 30vol％ Al2O3材料的性能下降更为明显，弯曲强度和断裂韧性由原先的 389.5MPa和 5.76MPa· m1/2，分别下降到 293.4MPa和 4.11MPa· m1/2。通过分析找出了 SiCw对复合材料性能产生影响的原因。