中高体积分数SiC_p/Al复合材料的力学性能及强化机制

采用热等静压粉末冶金工艺,以2024和6061铝合金为基体,分别制备体积分数为35%,45%,55%的中高体积分数SiC_(p)/Al复合材料。探究基体合金与SiC体积分数对复合材料力学性能的影响。结果表明:相同体积分数时,以2024铝合金为基体的复合材料具有更高的弯曲强度和弹性模量;但以6061铝合金为基体的复合材料则呈现出了更高的断裂应变。随着体积分数的增加,两类复合材料力学性能的变化规律相同,弯曲强度呈先增大后减小的趋势,当体积分数为45%时达到峰值,分别为656.54 MPa和548.00 MPa;弹性模量呈持续上升趋势,当体积分数为55%时分别达到202 GPa和188 GPa。基体合金差异对力学性能的影响在体积分数较低时更为明显,提高体积分数将会弱化这种差异。结合理论公式计算发现,对于微米级的增强体颗粒,Orowan机制带来的强化效应极小,可忽略不计;其他各类强化机制的强化效果将随着增强体体积分数的增加呈现不同程度的提高;几何必须位错强化和热错配强化对材料屈服强度的贡献始终占据主导地位。

不同铝基体SiC_p/Al复合材料切削力与刀具的磨损研究

对不同增强相体分比、颗粒尺寸和基体材料的Si CP/Al复合材料进行切削试验,分析了铝基体材料和颗粒尺寸对高、低增强相体分比Si C_p/Al复合材料切削力的影响。针对Si C_p/Al复合材料切削力的复杂性,提出用分形维数的方法定量描述切削力波动的复杂程度。对不同铝基体Si C_p/Al复合材料进行刀具磨损试验,研究铝基体对刀具磨损的影响。结果表明:随着增强相体分比和颗粒尺寸的增加,铝基体对切削力的影响减弱;随着增强相体分比增加,颗粒尺寸对于切削力影响有增大趋势;分形维数可以定量描述切削力波动性质,且Si C_p/6063Al切削力波动频率高于Si C_p/2024Al;相对于Si C_p/2024Al,切削Si C_p/6063Al时刀具前刀面粘结磨损加剧而颗粒磨损减少,刀具后刀面磨损程度相对较高。

丝粉同步激光沉积制备WC_p/Al复合材料构件工艺

利用丝粉同步激光沉积技术直接制备成型良好的WCp/Al复合材料单层与叠层沉积件,对工艺参数进行优化,获得了成型良好的单层沉积件。结果表明:可通过改变束流气的大小来改善WC颗粒分布的均匀性;降低激光功率可削弱热积累对叠层沉积件成型造成的有害影响,但激光功率的降低存在一临界值;沉积件冶金质量良好,区域微观结构较为均匀。底层沉积层组织存在由柱状晶向枝晶的转变,WC及Ti的存在会抑制柱状晶的生长,并且可以起到细化晶粒的作用;随着沉积层层数逐渐增加,热积累作用逐渐增强,枝晶的尺寸会逐渐增加。

正交切削SiC_p/Al复合材料的切削力分析

通过PCD刀具对SiC_p/Al复合材料的正交切削试验,分析了切削用量、铝基体材料、颗粒体分比和颗粒尺寸对切削力大小和波动以及切屑形态的影响。结果表明:对于中高体分比的SiC_p/Al复合材料,其切削速度与基体材料对切削力影响不大,切削力随进给量增大呈线性关系增长,随颗粒尺寸增大切削力下降,且颗粒体分比越大,下降幅度越大;切削力波动与刀—屑接触区颗粒数量有关,随颗粒尺寸增大切削力波动减小,随进给量和切削速度增大切削力波动增大;进给量一定时,在高的切削速度和低的颗粒体分比下,SiC_p/Al复合材料易形成卷曲状切屑,且随着进给量增大,切屑卷曲半径增大。

中高体积分数SiC_p/Al复合材料研究进展

中高体积分数SiC_p/Al复合材料相较于传统合金材料具有力学性能和热学性能'可裁剪'的特点。本文介绍了中高体积分数SiC_p/Al复合材料的主要制备技术工艺,以及中高体积分数SiC_p/Al复合材料在精密仪器、光学系统、电子封装及热控领域典型应用,最后展望了中高体积分数SiC_p/Al复合材料未来的发展趋势。

粉末冶金制备50%SiC_p/Al复合材料的结构及性能

采用球磨加常压烧结的粉末冶金工艺制备50%SiC_p/6061Al(体积分数)复合材料,研究了烧结温度对该高体积分数SiC_p/Al复合材料结构与性能的影响。结果表明:球磨有利于形成成分均匀的50%SiC_p6061Al复合粉体;随着烧结温度的升高,50%SiC_p/6061Al复合材料的致密度及抗弯强度先增后减。710℃烧结的复合材料性能最佳,致密度达到97%,抗弯强度大于400 MPa。该复合材料中SiC_p呈解理断裂,而Al合金基体呈韧性撕裂的断裂特征。750℃烧结的50%SiC_p/6061Al复合材料中,SiC_p/Al界面反应加剧,生成较多的Al4C3相,导致复合材料结构劣化,性能降低。

高硅SiC_p/Al复合材料化学镀Ni-P合金层及其生长动力学（英文）

经Sn/Pd活化后,在SiC体积分数为65%的SiC_p/Al复合材料表面化学镀Ni-P合金,研究复合材料表面形貌及其对Ni-P沉积过程的影响,以及Ni和P原子间的结合方式。结果表明,Sn/Pd活化点分布不均导致Ni-P颗粒优先沉积在Al合金和粗糙的SiC表面以及腐蚀孔洞中,Ni-P合金膜具有非晶结构,其中Ni原子和P原子间依靠化学键结合。在形成连续的Ni-P合金膜之后,化学镀Ni-P合金不再受SiC_p/Al复合材料表面形貌及特性的影响,而是受化学镀本身控制,Ni-P合金膜遵循线性生长动力学,其活化能为68.44 k J/mol。

SiC_p/Al复合材料薄壁结构的动力学特性

应用ANSYS有限元分析软件对板类SiC_p/Al复合材料薄壁件的动力学特性进行仿真研究,得到试件厚度、宽度和高度对平板结构薄壁件固有频率的影响规律,以及厚度、凸缘长度和凸缘数对凸缘结构薄壁件固有频率和振型变化的影响规律。平板结构SiC_p/Al复合材料薄壁件固有频率随其宽度和高度的增加而下降,随厚度的增加而增加;其中,薄壁厚度对其固有频率的影响最大,而对其1阶振型影响不大。有凸缘结构薄壁件的固有频率高于平板结构,且随薄壁厚度、凸缘长度和凸缘数的增加而有不同程度的增加;凸缘长度较大时,凸缘个数越多,薄壁件的局部振动越密集;在振动幅度较大的节点处增加较长的凸缘,更有利于提高试件的固有频率,降低凸缘连接处的振动幅度,减小最大振动幅度分布区域,增加极小振动幅度区域。

基于ABAQUS/Explicit的SiC_p/Al复合材料微细切削有限元仿真研究

运用ABAQUS/Explicit的动态分析过程,基于微细尺度下的Johnson-Cook材料本构方程,在对高体积分数Si C_p/Al复合材料进行建模并充分考虑铝基体和Si C颗粒不同材料属性的基础上,进行了二维正交微细切削有限元仿真。以刀具前角和切削厚度为影响因素,研究了切削过程中材料的变形、切屑的形成机理以及切削力的变化规律,所得结论为Si C_p/Al复合材料的微细钻铣机理研究提供了参考。

采用Al-Si-Ti-Cu-In钎焊70% SiC_p/Al复合材料工艺研究

采用Al-Si-Ti-Cu-In钎料在不同工艺参数下对70%SiC_p/Al复合材料进行真空钎焊,通过扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)、能谱分析(Energy dispersive spectrometer,EDS)技术对接头组织形貌进行分析。结果表明:采用600℃、6MPa、保温1.5 h所得接头具有最大剪切强度90.17 MPa,断裂从母材开始,穿过钎料层,在另一侧母材中瞬断,其形貌具有韧、脆混合型断口形貌特征。焊缝微观组织主要包括蜂窝状Al基体、聚积的颗粒状富Ti、In相、环状富Si相和界面处的针状Al_4C_3脆性相。提高钎焊温度有利于焊缝中孔隙的收缩和减少,增加钎料对复合材料的润湿性,也有利于激发Ti的活性,阻碍Al_4C_3脆性相的生成。由于烧结体中孔隙变化规律和柯肯达尔效应的共同作用,使得焊缝中孔隙随保温时间的延长先减少后增加,若继续延长保温时间,孔隙终将消失。提高压力能有效改善焊缝致密度,阻碍Al_4C_3脆性相的形成,并改善其形态,能有效提高接头力学性能。

热处理对SiC_p/Al复合材料强度和塑性的影响

采用粉末冶金法制备了d300 mm的15%SiCp/Al(体积分数)复合材料坯锭,研究了挤压态和T4态复合材料的力学性能和断裂特点,揭示了基体强度和颗粒开裂对复合材料强度与塑性的影响规律。结果表明:复合材料T4态拉伸强度保持在560 MPa的水平下,延伸率仍高达7%以上;与挤压态相比,T4态复合材料拉伸强度和屈服强度分别提高了68.5%和105%,但塑性保持在同一水平。断口观察表明:挤压态复合材料以基体断裂为主,而T4态复合材料除了基体断裂外,还存在SiC颗粒开裂现象;基体强度严重影响复合材料的断裂形式,颗粒开裂有利于提高复合材料的塑性。

高速正交切削SiC_p/Al复合材料的切屑形成及边界损伤仿真研究

针对SiCp/Al复合材料颗粒增强相与基体相不同的机械力学性能,对照SiCp/Al复合材料金相照片中的SiC颗粒形状与分布状态建立仿真模型,并对SiCp/Al复合材料的颗粒和基体进行分别定义。使用ABAQUS有限元软件仿真研究了高速切削复合材料切屑的形成、工件已加工表面的缺陷特征、边界损伤的形成机理及切削用量对边界损伤程度的影响规律。结果表明:在第1变形区切削变形主体表现为沿剪切角方向Al合金基体的剪切滑移,滑移主要发生在SiC颗粒与Al合金基体的边界邻近区域;对刀刃直接作用的SiC颗粒,由于其压力较大,会发生破碎现象;SiCp/Al复合材料的切屑形态以单元状切屑和由几个单元构成的节状切屑为主;SiC颗粒的破碎和整体剥落是造成已加工表面缺陷的重要因素;负剪切角是产生边界损伤的标志;切削速度对边界缺损几何尺寸大小的影响较小,切削深度对边界缺损几何尺寸大小的影响较大;随着切削深度的增大,边界缺损长度呈直线上升趋势,边界缺损高度先显著增加后缓慢增加。

高体积分数SiC_P/Al复合材料电子封装盒体的制备

采用注射成型方法制备了SiCP封装盒体的预成型坯,用压力浸渗方法将熔融铝浸渗到SiCP封装盒体的预成型坯中,制备出含SiCP体积分数为65%的SiCP/Al复合材料的封装盒体。SEM观察表明,经过压力浸渗后SiCP/Al复合材料组织均匀且致密化高,室温热膨胀系数为8.0×10-6/K,热导率接近130 W/(m.K),密度为2.98 g/cm3,能够很好地满足电子封装的要求。

激光熔覆原位合成TiC_p/Al复合材料

利用激光熔覆技术 ,在ZL10 4合金表面原位合成了TiCp/Al复合材料层。实验结果表明 ,经 2 0h混制的Al Ti C粉末 ,在激光熔覆过程中可以充分反应合成TiCp;在所形成的TiCp/Al复合材料层中 ,TiC颗粒尺寸细小 ,约 80 0nm ;经激光熔覆后的TiCp/Al复合材料层中TiC分布均匀 ,仅表层有约 2 0 μm的TiC颗粒富集区和邻近基底部分有 2 0

SiC_p氧化处理对SiC_p/Al复合材料润湿性和界面结合的影响

通过对SiCp在不同温度下的氧化处理,研究了颗粒氧化对搅拌铸造法制备的SiCp增强铝基复合材料的润湿性和界面结合的影响。结果表明,氧化处理后的颗粒表面形成了具有一定厚度的SiO2氧化层,该氧化层在高温下与铝熔体发生界面反应,从而有效地改善了颗粒与基体间的润湿性,提高了界面结合强度;所制备的复合材料颗粒分布均匀,界面结合良好;界面处有MgAl2O4、Mg2Si生成,没有发现有害界面反应产物Al4C3;复合材料的断裂方式为颗粒的断裂和颗粒从基体中的拔出。

SiC_p/Al复合材料高速铣削加工表面质量及切屑形成机制

使用聚晶金刚石(PCD)刀具,对碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al)进行高速铣削加工,研究了加工表面质量及切屑的形成机制。结果表明:刀具进给波纹、工件材料塑性侧流、刀具-工件相对振动和增强颗粒去除过程留下的孔洞、微裂纹、基体撕裂等是SiCp/Al复合材料高速铣削加工表面的主要形成机制;增大切削速度、使用冷却液、降低增强颗粒体积分数、减小增强颗粒尺寸均有助于提高加工表面质量;切屑形态为不均匀锯齿状,增强颗粒体积分数、热处理状态等对切屑形成有显著影响,绝热剪切、孔洞/微裂纹动态形成和扩展是切屑的主要形成机制。

SiC_P/Al复合材料的显微结构分析

采用粉末冶金+热挤压工艺制备SiCp/Al复合材料,测定其力学性能。利用X射线衍射分析复合材料物相的组成,用金相显微镜、扫描电镜和透射电镜分析其微观组织结构。结果表明,SiC颗粒在铝基体中分布比较均匀,SiC颗粒与基体结合良好;基体主要是α-Al,强化相β′-Mg2Si和弥散相(Fe,Mn,Cu)3Si2Al1(5体心立方结构,晶格常数1.28nm);SiCp/Al界面则为Al和Mg元素扩散到SiC表面的SiO2层形成的20nm^30nm无定形层;复合材料的断裂机制主要是SiC颗粒断裂和SiCP/Al界面塑性撕裂;复合材料在变形过程中,SiC颗粒可阻止裂纹的扩展。

P/M制备的SiC_p/Al复合材料的界面结构

粉末冶金制备的ＳｉＣｐ／Ａｌ复合材料中，基体与增强体之间存在多种界面类型。除了少数的干净界面、台阶界面外，具有纳米厚度的界面微区在材料中占大多数。进一步研究发现：界面微区是铝多晶体，而且微区中存在镁元素富集，并分布着点状的ＭｇＡｌ２Ｏ４氧化物。

SiC_p/Al复合材料薄壁圆弧板钻削变形研究

为了研究SiC_p/Al复合材料薄壁圆弧板钻孔时的变形特征及钻削参数对变形的影响规律。利用实验和仿真的方法对体积分数为56%的SiC_p/Al复合材料进行钻削研究,分析了钻削过程中工件的变形过程,研究了切削参数、工件约束方式、外径和壁厚对薄壁圆弧件的变形影响规律。结果表明:钻削过程中,工件的变形过程分为三个阶段,每个阶段有不同的变化特征;在其他条件一致的情况下,薄壁件的外径越大、壁厚越小、约束越少、进给量越大,则薄壁件的变形越大;切削速度对薄壁件的变形影响不大。

液相搅拌铸造法制备SiC_p/Al复合材料的力学性能

对旋涡搅拌铸造法制备的SiCp/Al复合材料的界面和力学性能进行了分析研究。结果表明 ,SiCp/Al的界面结合为性能良好的冶金结合。SiC颗粒能提高铝基体的拉伸强度 。