SLM成形AlSi10Mg合金及SiC/AlSi10Mg复合材料的耐蚀和耐磨性能

利用SLM成形制备SiC/AlSi10Mg复合材料,采用XRD,SEM,EDS,EBSD,电化学方法和摩擦磨损实验分析其物相特征、微观组织和耐蚀、耐磨性能,并与SLM成形AlSi10Mg合金进行对比。结果表明:在3.5%(质量分数)NaCl溶液中,SLM成形SiC/AlSi10Mg试样的腐蚀电流密度(2.0827μA/cm^(2))小于SLM成形AlSi10Mg试样的腐蚀电流密度(3.389μA/cm^(2)),同时SLM成形SiC/AlSi10Mg试样表面钝化膜的厚度(7.1 nm)大于AlSi10Mg试样表面钝化膜的厚度(1.9 nm),说明SLM成形SiC/AlSi10Mg试样耐蚀性能更优。究其原因为,SiC加入后引起晶粒细化、大角度晶界比例增多及铝基体连续性破坏,进而导致腐蚀速率减缓,耐蚀性能增强。此外,与SLM成形AlSi10Mg合金的硬度(103.58±7.41)HV_(0.2)相比,SLM成形SiC/AlSi10Mg复合材料的硬度(207.68±16.02)HV_(0.2)大约是前者的2倍,硬度明显提高,耐磨性能增强;SLM成形AlSi10Mg和SiC/AlSi10Mg的磨损机制均以磨料磨损和氧化磨损为主。

超声施振方式对消失模铸造Al/Mg双金属复合材料界面组织和力学性能的影响

研究了连续超声振动和间歇超声振动两种施振方式对消失模铸造Al/Mg双金属材料界面组织和力学性能的影响。结果表明,未施加超声振动Al/Mg双金属界面由Al-Mg金属间化合物区和共晶组织区组成,两个区域边界存在一层氧化膜,阻碍了元素扩散,Mg_(2)Si相呈网状,团聚分布于金属间化合物区。两种超声施振方式均能通过超声空化效应和声流效应破碎和消除氧化膜,并使Mg_(2)Si相细化和分散于整个界面,部分共晶组织转变为金属间化合物,提高了界面组织和显微硬度分布均匀性。连续超声振动作用下Al/Mg双金属界面剪切强度达到53.9 MPa,相比未超声处理提升63.8%。间歇超声振动作用下,界面厚度较连续超声振动减小,然而局部区域存在孔洞缺陷和Mg_(2)Si相局部聚集,削弱了对界面的强化效果,但界面剪切强度仍达到49.5 MPa。

铸造Mg/Al复合材料工艺参数和复合界面的研究进展

Mg/Al复合材料在汽车、航空航天和电子设备等领域广泛应用。相对于制备复合板的轧制工艺,铸造能够用于制备复杂的复合材料构件,并具有成本低和生产效率高等优点。然而,铸造Mg/Al复合材料存在微观组织难以控制和界面结合强度较低等问题,限制了材料性能。影响复合材料性能的因素包括铸造工艺、界面处理和扩散层组织等。目前,主要通过控制晶粒尺寸、界面强化和界面反应等方式来强化复合材料。本文综述了铸造法制备Mg/Al复合材料过程中的工艺参数对复合界面的影响,包括扩散层厚度、晶粒尺寸等,最后对此方向提出自己的见解。

球磨工艺对医用Ti–Mg复合材料力学性能的影响

采用球磨+冷压制坯+微波加热烧结工艺制备Ti–15Mg复合材料,研究球磨工艺对Ti–15Mg混合粉末性能以及烧结后复合材料力学性能的影响。结果表明:以200 r·min^(-1)球磨转速球磨8~10 h,随着球磨时间延长,混合粉末的平均粒径明显变小,粉末粒度分布逐渐集中在10~45μm区间,粉末的球形度增加。在长时间球磨过程中,软质镁颗粒受到强烈撞击、研磨,引起表面破碎,钛颗粒出现了体积破碎和表面破碎,最终导致软质镁颗粒包裹脆性钛颗粒。球磨8 h后,混合粉末未出现明显的氧化,混合粉末中钛、镁粉末分布较为均匀,复合材料的力学性能较为优良,符合作为医用材料的力学性能要求。在低球磨转速下,球磨转速的提高不会导致粉末性能和烧结后复合材料性能出现明显变化。最佳球磨工艺参数为球磨时间8 h、球磨速度200 r·min^(-1),过程控制剂为正己烷。

不同铝合金对Al/Mg/Al层状复合材料腐蚀行为的影响

将镁合金与铝合金经过热轧制成Al/Mg/Al层状复合材料,结合析氢试验、电化学试验和电偶试验,对1060/AZ31/1060、5052/AZ31/5052和6061/AZ31/6061在3.5%(质量分数)NaCl溶液中腐蚀行为进行研究,通过分析其腐蚀形貌、腐蚀产物、析氢速率、动电位极化曲线和交流阻抗谱,探究Al/Mg/Al层状复合材料的腐蚀机理。结果表明:Al/Mg/Al层状复合材料的表面腐蚀行为与铝合金的腐蚀行为相似,其相对于原始镁合金的腐蚀电流密度降低了两个数量级;Al/Mg/Al层状复合材料截面腐蚀产物呈颗粒状密集分布在镁一侧,腐蚀行为主要受电偶效应的影响,镁-铝电偶对电偶电流可达10^(-3)A·cm^(-2)数量级;对应的三种镁-铝电偶对电偶电流密度和电偶电位与混合电位理论拟合值相差不大;三种Al/Mg/Al层状复合材料中5052/AZ31/5052的整体耐蚀性最好。

B_(4)C/AlSi10Mg复合材料激光选区熔化成形工艺及性能研究

颗粒增强铝基复合材料因其卓越的综合性能而备受关注,选区激光熔化技术为复合材料的制备提供了新的路径。采用SLM技术成形不同含量B_(4)C颗粒增强AlSi10Mg复合材料,研究了成形工艺参数(激光功率、扫描速度和扫描间距)对成形件显微组织、致密度和力学性能的影响规律。结果表明,B_(4)C/AlSi10Mg复合材料试样内部孔洞和裂纹较少,B_(4)C颗粒在铝基体中分布均匀,与AlSi10Mg基体有良好的结合。在激光功率240 W,扫描速度1400 mm/s,扫描间距0.13 m的工艺条件下,3%B_(4)C/AlSi10Mg(质量分数)复合材料致密度最高达到99.39%。当B_(4)C颗粒含量提高至5%时,尽管硬度有所提升,但致密度、抗拉强度及断裂伸长率均有下降。

Mg2Si/Al复合材料的组织和力学性能研究

采用半固态挤压法制备了原位自生的Mg2Si颗粒增强铝基复合材料,研究了它们的组织,同时研究了挤压比压对力学性能的影响。结果表明,当其它制备条件相同时,在255、340和425 MPa条件下制备的半固态挤压Mg2Si/Al复合材料中的α-Al基体和Mg2Si增强相皆出现球化,但与重力铸造复合材料相比,Mg2Si增强相的颗粒尺寸没有明显变化。拉伸测试结果表明,在255 MPa、340 MPa和425 MPa条件下获得的半固态挤压Mg2Si/Al复合材料具有优于重力铸造复合材料的力学性能,其抗拉强度和伸长率分别提高71.88%、53.13%、43.75%和378%、139%、106%。在255 MPa挤压比压下制备的复合材料表现出最优的抗拉强度及伸长率。

Cf/Mg复合材料的力学与热物理性能和机械加工分析

近年来,镁合金的强度和刚度得到了显著提高,但断裂韧性(EwP)和疲劳性能差。Cf/Mg是将镁合金与碳纤维相结合,进而制成的一种复合材料。通过碳纤维增强体(CF)与镁基体之间的界面结合,增强体与镁基体之间形成了一个强相互作用层,从而改善镁合金的性能。文章对Cf/Mg复合材料的制备工艺、组织结构、力学性能和热物理性能等方面进行了综述,并提出了提高Cf/Mg复合材料强度和刚度的方法。希望通过文章的研究,为碳纤维增强镁合金材料的应用提供指导。

SiC_(p)体积分数对SLM成形SiC_(p)/AlSi10Mg复合材料组织及力学性能的影响

为了解SiC_(p)体积分数对SLM成形SiC_(p)/AlSi10Mg复合材料的力学性能的影响规律,本文通过改变SiC_(p)/AlSi10Mg复合材料中SiC_(p)的体积分数,研究了不同SiC_(p)体积分数下复合材料的显微组织及力学性能变化规律。研究结果表明:随着SiC_(p)体积分数的增加,复合材料的中的冶金孔洞的增多及Si形貌的改变是其力学性能降低的主要原因。当SiC_(p)体积分数为3%时,复合材料的抗拉强度及延伸率最高,分别达到417.3MPa和4.9%。

Mg/Al复合材料制备工艺的研究与展望

Mg/Al复合材料属于异种轻金属复合材料,制备工艺大致可分为固-固相复合、固-液相复合和液-液相复合,材料的关键在于复合界面的结合强度,复合界面以金属间化合物为主,优化方案应按照相应的复合机理实施。本文综述了Mg/Al复合材料的制备工艺,对复合机理进行解析,并提出相应的优化方案,总结近几年研究学者们的成果。最后提出制备Mg/Al复合材料的问题并提出相应的建议。

TiB_(2)纳米涂层改性碳纤维增强Mg基复合材料的微观结构及力学性能

采用新颖的溶胶-凝胶与碳热还原相结合的方法,对M55J连续碳纤维(Cf)表面进行TiB_(2)纳米涂层改性。首先,制备了掺杂五硼酸铵(NH_(4)B_(5)_(O8)的)TiO_(2)溶胶(0.2 mol/L)(Ti与B的物质的量比为1∶2),然后将其均匀涂覆到C_(f)表面。XPS分析表明,经1350℃烧结120 min后,C_(f)表面涂层发生原位反应并生成了TiB_(2)。采用压力浸渗法分别制备了体积分数为40%和50%的Cf增强镁基(C_(f)/Mg)复合材料,其抗弯强度分别达到720 MPa和870 MPa。然而,对比实验表明Mg基体不能浸渗到无涂层的C_(f)预制体中。HRTEM分析表明,厚度为20~30 nm的界面层由TiB_(2)和少量的TiC、TiO_(2)纳米颗粒组成。C_(f)表面的TiB_(2)纳米涂层可以改善C_(f)与Mg基体之间的润湿性,提高C_(f)/Mg复合材料的力学性能。

三维网络Ti_(2)AlC/Mg基复合材料制备及阻尼性能

采用前驱体法制备Ti_(2)AlC多孔陶瓷预制体,通过辅助压力浸渗工艺制备出组织致密的三维网络相互贯通的Ti_(2)AlC/Mg基复合材料。利用扫描电镜和X射线衍射仪分析复合材料的微观组织和物相组成,使用机械振动分析仪测试复合材料阻尼性能。结果表明,复合材料具有宏观上及微观上双尺度的三维网络结构。恒定温度条件下,复合材料在1 Hz和10 Hz测试条件下的最高损耗正切值分别为0.13和0.15,相比于基体AZ91D镁合金分别提高了约30%和67%,其阻尼表现增强。恒定应变条件下,在最高测试温度时,复合材料出现最大损耗正切值。两种测试条件下,复合材料存储模量均高于基体AZ91D镁合金。从内耗值-存储模量二者平衡的角度来看,复合材料不仅具有更宽的应用温度范围,也具有更好的阻尼-强度平衡性。

ABAQUS二次开发在C_(sf)/Mg复合材料微观几何建模中的应用

基于RSA方法构建Csf/Mg微观模型是对其材料性能进行有限元模拟的重要基础。由于Csf/Mg复合材料性能受纤维体积分数、纤维取向分布、纤维长径比等参数的影响,针对不同仿真需求采用手工方法建立其有限元模型工作效率极低,因此采用Python脚本语言对ABAQUS GUI进行二次开发,建立用户自定义图形界面。结果表明,对ABAQUS GUI进行二次开发可以根据用户需求创建图形用户界面,通过输入相关参数可以实现自动创建Csf/Mg复合材料有限元几何模型,同时极大地简化了建模过程。基于RSA方法可实现二维或三维纤维随机取向或定向分布的短纤维增强复合材料的几何建模。

C_(sf)/Mg复合材料热压缩流变行为及本构关系

利用Gleeble1500D试验机对真空浸渗法制备的Csf/Mg复合材料进行热压缩试验,研究了在596~696 K,应变速率5×10-3~5×10-1s-1,最大真应变0.6变形条件下的塑性变形力学行为。根据Csf/Mg复合材料热压缩试验数据及其力学行为特征,采用多元非线性回归方法建立了其高温粘塑性力学本构关系模型,克服了以往Arrhenius模型只能计算峰值应力或稳态应力的不足。结果表明,流变应力的预测值与试验值绝对误差平均值为8.95%,相关系数0.9549。

自生Mg_2Si颗粒增强Al基复合材料的组织细化

研究了Sr以及Ce Sr复合添加剂对Al/Mg2Si/Si自生复合材料凝固组织的影响规律。当Ce、Sr的加入量分别为1.0%和0.7%(质量分数)时,Mg2Si增强体以细小短棒状形态出现,其平均粒径为12μm,这比未经细化处理的Mg2Si增强体的平均粒径降低52%。同时,单位面积Mg2Si晶粒平均数量为未经细化处理时的4～6倍。单独加入Sr时,复合材料的组织细化则不如Ce Sr复合处理时的稳定。对相关机制的研究表明,上述细化元素对Mg、Si原子在合金熔体中扩散的不同程度的抑制是微观组织得以细化的根本原因。

Si对原位自生Mg_2Si/AM60复合材料组织及性能的影响

采用原位合成技术制备Mg2Si/AM60复合材料,研究不同Si含量对其组织及性能的影响。结果表明:镁合金中加入结晶Si后,出现短棒状及中国汉字状的Mg2Si相;当Si含量较高时,中国汉字状的Mg2Si相消失,变成不规则的块状。制备过程中对复合材料进行机械搅拌,Mg2Si相的分布较未搅拌更加均匀、弥散。复合材料的抗拉强度、硬度随Si含量的增加呈上升趋势,延伸率则下降。当Si量为1.0%(质量分数,下同)时,强度较基体提高12%,含量为5%时,硬度较基体提高48.6%。

Sb对原位Mg_2Si/Al-5Si复合材料显微组织的影响

研究了Sb含量对Mg2Si/Al-5Si复合材料显微组织的影响。结果表明,随着Sb含量的增加,初生Mg2Si颗粒形貌明显发生了细化,Mg2Si形态由变质前的汉字体和枝晶状变为细小的、均匀分布的颗粒状,Mg2Si体积分数也有所增加。当Sb含量为0·4%时,细化效果达到最佳,由变质前的52μm变为25μm。当Sb含量超过0·4%后,Mg2Si颗粒尺寸开始粗化,因此,过量的Sb对Mg2Si颗粒的细化无益。Sb对Mg2Si颗粒的细化主要由于AlSb引起的异质形核作用,Sb使液相线温度和熔体表面张力σLV降低,对Mg2Si颗粒的细化也具有一定的作用。

硅对Mg_2Si/ZM5复合材料组织和性能的影响

在真空感应炉中氩气保护下制备材料 ,采用OM ,SEM ,EDAX和XRD及拉伸试验 ,研究分析了硅对原位反应自生Mg2 Si/ZM5复合材料铸态显微组织和性能的影响规律。结果表明 ,反应添加物Si在ZM5合金中形成了高熔点、高硬度的Mg2 Si强化相 ,明显地提高了材料的室温与高温强度 ,如Si的质量分数为 1.5 %时 ,室温抗拉强度与屈服强度提高幅度分别可达 2 0 .1%和 61.5 % ,Si的质量分数为 1.0 %时 ,高温抗拉强度与屈服强度提高幅度分别可达 14 .9%和 2 5 .7% ;Mg2 Si相的形貌随着硅含量的不同而变化 ,如Si的质量分数为 0 .5 %时 ,主要生成细小短棒状或片状共晶Mg2 Si相 ,Si的质量分数大于1%时 ,则出现了粗大块状或汉字状初生Mg2 Si相和片状或短棒状的共晶Mg2 Si相 ;由于所生成的Mg2 Si相本身是一种脆性相 ,使得该材料呈现出解理断裂 ,降低了材料的塑性。

Si及变质处理对Mg_2Si/Mg复合材料的影响

分析了Mg-Si二元合金直接原位形成Mg2Si/Mg复合材料的过程,研究了Si含量以及变质处理对复合材料组织和性能的影响。试验结果表明,随着合金中Si含量的增加,合金的流动性降低,复合材料中原位Mg2Si的数量增多,树枝晶形态更为发达;对优化的Mg-8Si合金,进行混合稀土(MM)和Sb变质处理,可明显改善Mg2Si的形态和分布,但Sb变质的效果要好于MM。合金经质量分数为1.2%的Sb变质处理后,Mg2Si以颗粒状均匀分布在Mg基体中,从而使复合材料具有较好的耐磨性。

Sb对原位Mg_2Si/Mg复合材料组织的影响

利用Mg Si二元合金结晶的特点 ,在普通重力铸造的条件下 ,制备了原位Mg2 Si/Mg复合材料 ,着重研究了Sb对复合材料中Mg2 Si增强相形态的影响。结果表明 ,在Mg 10Si合金中 ,加入质量分数为 0 .8%的Sb ,不仅促进了Mg2 Si的均匀形核 ,而且Sb偏析于Mg2 Si的界面上 ,阻止了Mg2 Si的进一步长大。原位Mg2 Si的形态由粗大的树枝状转变成均匀分布的颗粒状 ,形成了较理想的Mg2 Si颗粒增强Mg基复合材料的组织。