31%B4Cp/6061Al复合材料的热变形及加工图的研究

采用Gleeble-3800热模拟试验机对粉末冶金法制备的31%B4Cp/6061Al(体积分数)复合材料进行热压缩行为研究,实验温度和应变速率分别为375~525℃和0.001~10 s-1。基于改进的动态材料模型(MDMM)建立了功率耗散率图和热加工图,确定了热加工的稳定区和失稳区,分析了热压缩过程中的微观组织变化。结果表明,31%B4Cp/6061Al复合材料的变形温度和应变速率对流变应力的影响十分显著,流变应力随变形温度的降低或应变速率的升高而增加。确定了31%B4Cp/6061Al复合材料的最优热加工参数所对应的变形温度和应变速率分别为480~525℃和0.01~0.04 s-1。加工失稳区主要集中在低温高应变速率区域,并且该区域随应变的增大而增大。热压过程中应变、温度和应变速率对显微组织的变化都有显著影响,应变越大,则晶粒变形越严重,随着变形温度的升高或应变速率的降低,基体内动态再结晶晶粒尺寸明显增大。

机械合金化B_4Cp/Al复合材料的微观组织结构特征

采用增强体颗粒预处理和机械合金化技术成功制备了高性能B4 Cp/Al复合材料 ,研究了材料的微观组织结构和力学性能。 17% (体积分数 )B4 Cp/6 0 6 1Al复合材料的屈服强度为 415MPa,抗拉强度为 470MPa ,比常规粉末冶金复合材料的屈服强度和抗拉强度分别提高 6 9%和 70 %。高性能复合材料中B4 C颗粒形貌近似球形 ,平均粒度为 0 49μm ,颗粒均匀分布 ,颗粒与基体之间存在近百纳米厚的界面层 ,界面层中铝晶粒极其微细 ,呈带状且有序分布 ,并且界面层中弥散分布着纳米级颗粒。断口中增强体颗粒与基体之间界面结合良好。

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%。

ABOw/ZnAl2O4/6061Al复合材料拉伸性能与时效行为研究

采用挤压铸造法制备了ZnAl2O4涂覆的硼酸铝晶须增强6061Al复合材料.研究了ZnAl2O4涂覆对复合材料界面结构、室温拉伸性能、断裂机制以及时效行为的影响.试验结果表明,均匀的ZnAl2O4涂覆能有效阻碍界面反应,从而提高复合材料的室温拉伸性能,涂覆也推迟了复合材料的峰时效.

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%。

原位自生Al18B4O33w/6061复合材料的组织、硬度及耐磨性能

以Al-Al2O3-B2O3为反应体系,采用接触反应法制备了原位自生Al18B4O33w/6061复合材料,利用XRD和SEM对复合材料分别进行物相分析及微观形貌观察,对比6061基体材料,研究了Al18B4O33晶须对复合材料硬度和耐磨性能的影响。结果表明,采用接触反应法,利用Al-Al2O3-B2O3反应体系可直接在6061基体材料中原位自生针状Al18B4O33晶须,Al18B4O33晶须直径为0.1~2μm,晶须伴生于Mg元素。经T6热处理后,Al18B4O33w/6061复合材料的硬度为HB 132.7,较6061基体提高了27.4%,硬度的提高机制为位错强化和细晶强化。Al18B4O33w/6061复合材料的比磨损率和平均摩擦系数分别为1.96×10-8 kg/(N·m)和0.221,较6061基体下降了12.11%和22.46%。采用原位自生工艺制备的Al18B4O33w/6061复合材料,晶须与基体材料之间的润湿性和界面结合强度良好,且晶须本身强度高,在磨损时能够起到支撑作用,减小了基体的应变和磨损,有效地提高了复合材料的耐磨性。

B元素添加对超声辅助铸造法制备B_(4)C_(p)/Al复合材料显微组织和力学性能的影响

通过在Al-B_4C-K_2TiF_6反应体系中添加KBF_4引入B元素,采用超声辅助铸造法制备B_(4)C_(p)/Al复合材料。研究B元素添加对复合材料显微组织、力学性能及界面反应机理的影响。实验结果表明,添加B元素可以改变B_(4)C_(p)/Al的界面结构,使更多的小粒径TiB_2颗粒分布在基体中,因此空化和声流效应进一步增强,熔体中的B_4C团簇被破碎,使复合材料组织更加均匀、综合力学性能得到改善。

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。

B_(4)C_(p)/6061Al复合材料的热变形组织演变研究

为探究B_(4)C_(P)/6061Al复合材料的热变形组织演变规律,进一步优化材料的性能,课题组采用控制变量法,利用热压缩试验分别探究了在不同热变形条件(变形温度、应变速率及应变量)下B_(4)C_(P)/6061Al复合材料的微观组织特征。结果表明:变形温度越高,6061铝基体内部原子的热激活能增大,动态再结晶的形核速度提升,晶粒尺寸也不断增大;随着应变速率增大,复合材料发生动态再结晶的时间缩短,阻碍了晶粒的生长,不利于6061铝基体发生动态再结晶;应变量增加,复合材料的流变应力增大,提高了6061铝基体动态再结晶的形核效率。在不损害复合材料塑性的前提下提高强度和韧性的方法,对改善材料塑性成形能力和优化成形工艺(如轧制、锻造、挤压等)有借鉴意义。

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。

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。

原位生成CeB_6颗粒增韧B_4C/Al复合材料的研究

采用无压浸渗法制备了B4C-CeB6/Al复合材料,并对其进行了力学性能测试。B4C-CeB6/Al复合材料的密度、抗弯强度、断裂韧性相比单一B4C材料都有很大的提高,而硬度有所降低。其抗弯强度值为409.47 MPa,比单一碳化硼提高了39.32%;断裂韧性值6.58 MPa.m1/2,比单一碳化硼提高了78.80%。B4C-CeB6/Al复合材料的抗弯强度和断裂韧性的提高主要有两方面的作用:一是由于原位生成的CeB6和B4C颗粒之间热膨胀系数的不匹配产生残余应力,从而引起裂纹偏转起到增韧的效果;二是渗入金属铝的延展性在复合材料中得以体现,使复合材料韧性增加。

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。

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。

工艺因素对B_4C-AlB_(12)-Al复合材料力学性能的影响

采用粉末冶金法,以B粉、Al粉、B4C粉为原料,在高纯氩气保护条件下,烧结制备了B4C-AlB12-Al复合材料。利用XRD和SEM对其物相组成和显微结构进行表征,研究了初始原料中Al加入量、烧结时间、烧结温度对材料力学性能的影响.结果表明:烧结试样中除含有B4C,AlB12,Al外,还含有Al3BC和少量Al2O3相;升高温度和延长烧结时间均不利于提高材料的抗弯强度;随原料中Al加入量的增加,材料的力学性能先增加后降低,原料中Al加入量(质量分数)为39.71%时试样的硬度最高为661.43 MPa,Al加入量为45.85%时抗弯强度最高达64.15 MPa.

中子吸收用B4C/6061Al复合材料在硼酸水溶液中的腐蚀行为

对B4C/6061Al复合材料分别进行酸洗、阳极化和喷丸处理,研究了其在硼酸水溶液(90℃)中的均匀腐蚀、缝隙腐蚀和包覆腐蚀行为。结果表明:酸洗、阳极化、喷丸处理试样腐蚀不同时间后的质量、厚度、密度均变化不大;阳极化和喷丸处理试样均匀腐蚀后未呈现明显腐蚀现象,酸洗处理复合材料表面颜色随腐蚀时间延长而加深;缝隙腐蚀后,不同表面处理试样非模拟缝隙腐蚀区表面状态良好,而模拟缝隙腐蚀区的腐蚀程度较为严重;包覆腐蚀后,不同表面处理试样均发生局部腐蚀,生成了絮状的铝氧化物,阳极化处理试样的阳极化膜局部脱落。