累积叠轧焊Al/Mg/Al多层复合材料的腐蚀行为

研究累积叠轧焊(ARB)Al1050/AZ31/Al1050多层复合材料的腐蚀行为,腐蚀介质为3.5%Na Cl(质量分数)溶液,分析测试手段包括动电位极化测试(PDP)、电化学阻抗谱(EIS)、扫描电子显微镜(SEM-EDS)、拉曼光谱和X射线衍射(XRD)等。为了深入研究Al1050/AZ31/Al1050多层复合材料的耐腐蚀性和腐蚀产物,对ARB制备的Al1050/Al1050/Al1050多层复合材料进行了相似的测试作为对比。动电位极化曲线和电化学阻抗谱显示,ARB应变水平会显著影响腐蚀速率。与Al1050/Al1050/Al1050样品相比,Al1050/AZ31/Al1050多层复合材料具有更高的腐蚀速率和更低的极化电阻。AZ31层对腐蚀过程起主导作用。拉曼和XRD分析结果表明主要腐蚀产物为Mg(OH)2,且不含任何氯化合物(如(Mg(OH)_(2))·MgCl_(2))。

扩散结合Cu/Al叠层复合材料的界面结构与相生成机制

采用等离子活化烧结技术将Cu箔和Al箔扩散结合制备出Cu/Al叠层复合材料。利用扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM),电子探针(EPMA)以及X射线衍射(XRD)的分析手段考察Cu/Al界面的微结构和相组成。并基于界面扩散反应的有效生成热理论和热力学分析探讨Cu/Al界面相的生成机制。结果表明:在400～500℃温度范围内,按照从铜侧到铝侧的顺序,界面由Al4Cu9,AlCu和Al2Cu金属间化合物层构成;根据有效生成热模型分析,Al2Cu相在界面最先形成。

GFRP/Al叠层材料钻削力与制孔质量的实验研究

复合材料与金属组成的叠层结构已在航空航天领域广泛使用,然而在复合材料/金属叠层结构上钻削高质量的孔仍是一个挑战。本文旨在研究钻削工艺参数对GFRP/Al叠层材料钻削轴向力和制孔表面质量的影响。使用普通硬质合金麻花钻对GFRP/Al叠层材料进行“一次性”钻孔,并通过Kistler测力仪测量钻削轴向力。结果表明,最大钻削轴向力随每转进给量增加几乎线性增加,随主轴转速增加小幅降低。钻削工艺参数影响铝合金和GFRP制孔表面质量,高每转进给量会降低铝合金制孔出口毛刺,但是会增加GFRP制孔出口损伤;高主轴转速会增加铝合金制孔出口毛刺和GFRP制孔出口损伤。与每转进给量相比,主轴转速对铝合金和GFRP制孔质量影响更大。

累积叠轧焊制备Al／AZ31多层复合材料及其强度

采用累积叠轧焊法制备了Al/AZ31多层复合材料,并通过扫描电镜、X射线能谱仪和显微硬度计对所制备的Al/AZ31多层复合材料进行了横截面形貌观察、能谱分析以及显微硬度测试。结果表明,经过三道次的累积叠轧焊之后可制备Al/AZ31多层复合材料。能谱分析表明,在Al层和AZ31层的界面处产生了扩散层,随着轧制道次的增加扩散层的厚度逐渐增加。显微硬度测试表明,随着轧制道次的增加,Al/AZ31多层复合材料的层组元的强度也随之增加,但Al层的强度较AZ31增加得快,并且形成的界面扩散层具有一定的硬度梯度。

高周期累积叠轧法制备Mg/Al多层复合材料

采用累积叠轧法(ARB)对Mg/Al多层板材进行高周期ARB变形,利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)研究了Mg/Al多层板材在ARB变形过程中的微观组织,并在拉伸试验机上测试板材的室温抗拉强度并通过扫描电子显微镜(SEM)观察拉伸试验后的断口形貌。结果表明,随着叠轧周期数的增加,Mg/Al多层复合材料层界面处生成并长大的金属间化合物明显细化,该化合物会逐渐呈连续多层状分布,同时也提高了层界面的结合程度。不过,Mg/Al多层复合材料的抗拉强度在叠轧过程中却呈现出不规则的变化趋势。

叠层穿刺结构Cf/Al复合材料的弯曲性能及失效分析

采用真空压力浸渗法制备纤维体积分数为47.5%的叠层穿刺结构Cf/Al复合材料,主要研究复合材料的显微组织以及弯曲性能,并进一步分析复合材料的弯曲失效机理。结果表明:复合材料的致密度为95.0%,经、纬向显微组织均存在少量微孔缺陷,且纬向显微组织的微孔缺陷较经向显微组织要多。叠层穿刺结构Cf/Al复合材料的弯曲强度和模量分别为327 MPa和114 GPa,内侧面受压处,基体出现团簇,经向纤维束由于屈曲变形程度大导致被压断,纬向纤维束发生相应地挤压变形,而在外侧面受拉处复合材料被拉伸破坏,造成基体开裂。

累积叠轧制备Ni/Al多层复合材料

室温下采用累积叠轧(ARB)11道次制备了Ni/Al多层复合材料。对不同叠轧道次后复合材料的纵切面的显微组织进行了观察分析。结果表明,单道次叠轧后Ni层即剪切断裂成针叶状颗粒碎片。随着叠轧道次增加,Ni层逐渐减薄并断裂成越来越小的颗粒碎片。通过对Ni颗粒组成的Ni层平均厚度(THKA)进行粒度分析,建立了叠轧道次n与THKA之间的关系模型。

累积叠轧Al/Cu复合板界面反应层核-壳结构形成机制

采用累积叠轧(ARB)结合多次退火处理制备了Al/Cu复合板,重点研究了Al/Cu界面反应层核-壳结构形成机制.结果表明:Al/Cu界面反应层的形成主要依赖于退火过程中铜原子在界面处的扩散,反应产物包括Al 2Cu、AlCu、Al 4Cu 9.轧制变形致使反应层破碎并在基体中均匀分布,轧后退火处理导致新的反应层不断形成.最终经多次叠轧及退火处理,原始铜板材全部转变为椭球状具有核-壳结构的Al/Cu金属间化合物颗粒.8道次复合板抗拉强度最高,达到176.8 MPa,是退火态1060抗拉强度的1.74倍;0道次复合板延伸率较好,主要是Al/Cu界面分层后铝层均匀塑性变形,应力缓慢释放所致.

特种加工技术在某新型微叠层复合材料中的应用

目前航空航天领域采用的微叠层复合材料主要集中在Fe、Ni、Ti和Al的合金或金属间化合物上。这类金属的金属间化合物具有熔点高、密度低、热导率好及抗高温性能好等优点,可被用作航空飞行器或航空发动机的高温结构材料。但是这类金属间化合物具有其本征脆性,导致其室温下的断裂韧性很差,因而应用受到限制。为解决这一问题,采用特种加工技术制备出具备微叠层结构的金属/金属间化合物复合材料是理想的手段之一。

累积叠轧制备的Cu/Al/Cu复合板材金属间化合物层演变及其对力学性能影响研究

目的研究在不同温度条件下Cu(商业纯铜)/Al(AA1060)/Cu复合板材累积叠轧过程中界面金属间化合物层对材料性能的强化规律。方法在不同温度条件下(350~500℃)累积叠轧制备Cu/Al/Cu层状复合板材,深入分析其界面金属间化合物层形状、元素分布及其对力学性能的影响规律。结果金属化合物层的厚度随着轧制温度的升高逐渐增加,且随着轧制温度的不同,形貌呈现很大的差异。当轧制温度为350℃和400℃时,金属间化合物相对平整。轧制温度升高到450℃时,金属间化合物层呈现锯齿形,使该工艺条件下加工的材料同时具有较好的强度(273 MPa)和塑性(4.06%)。结论制备Cu/Al/Cu层状复合材料过程中,通过优化轧制温度这一重要轧制参数,能实现强度和塑性的综合提高。

叠层缝合碳纤维增强铝基复合材料低速冲击及冲击后剩余压缩力学性能

以铝合金ZL301为基体,碳纤维叠层缝合织物为增强体,采用真空压力浸渗工艺制备叠层缝合碳纤维增强铝基(叠层缝合C_(f)/Al)复合材料。通过室温落锤冲击实验,研究冲击载荷及能量随时间的变化行为规律,采用光学显微镜和工业数字X射线成像系统观测其冲击损伤形貌,分析冲击损伤机理。通过冲击后压缩(CAI)实验,研究复合材料在不同冲击能量下沿经纱方向的剩余强度,观察压缩试样宏观与微观断口形貌,分析压缩失效机制。结果表明:冲击载荷作用下叠层缝合C_(f)/Al复合材料发生了显著的局部损伤,正面损伤区域出现了较明显的凹坑,而其背面出现明显的沿经向的裂纹,裂纹长度随冲击能量增加而增大,损伤模式主要表现为基体开裂和纤维断裂拔出;冲击后的经向压缩强度随冲击能量的增大而下降,压缩后的复合材料出现了从冲击裂纹端部沿纬纱方向扩展到试样边缘的横向裂纹,压缩宏观断口中纱线结构破坏严重程度随冲击能量的增加而加重,而压缩后的微观断口均呈现出纤维剪切断裂后参差不齐的形貌。

深冷处理对叠层穿刺C_(f)/Al基复合材料组织特征和拉伸性能的影响

以M40J-6K叠层穿刺结构碳纤维为增强体,ZL301合金为基体,采用真空气压浸渗法制备叠层穿刺C_(f)/Al基复合材料,研究单次深冷处理时间(6、12和48 h)、循环深冷处理次数(1、3和9次)对复合材料拉伸性能和组织特征的影响,并对拉伸性能提高的原因进行了分析。结果表明,深冷处理可以提高叠层穿刺C_(f)/Al基复合材料的拉伸性能,改善组织特征。单次深冷处理可以提高复合材料的抗拉强度,而对拉伸模量的影响较小,抗拉强度以深冷处理6 h时提高幅度最大,较无深冷处理下的559 MPa提高至664 MPa,提高了18.8%;当延长处理时间至12和48 h时,抗拉强度基本趋于稳定。与单次深冷处理相比,循环深冷可以进一步提高叠层穿刺C_(f)/Al基复合材料的抗拉强度和拉伸模量,3次循环深冷处理后的抗拉强度和弹性模量,较单次深冷下的676 MPa、125 GPa分别提高至706 MPa、138 GPa,分别提高了4.4%、10.4%;当继续增加深冷循环至9次时,抗拉强度和拉伸模量趋于稳定。深冷处理后叠层穿刺C_(f)/Al基复合材料应力释放及状态的改变、致密度提高、晶粒择优取向、基体位错密度增高是影响复合材料宏观拉伸性能的主要原因。

影响内氧化生成Al_2O_3/Cu表面复合层厚度及组织的因素

采用真空条件 ,用 Cu O作氧化剂 ,在一定的温度下使 Cu- Al合金内氧化 ,获得 Al2 O3/Cu表面复合材料。金相分析发现 ,在较低温度下内氧化 ,表面复合层中 Al2 O3颗粒晶界处多于晶内 ;在较高温度下内氧化 ,复合层中Al2 O3颗粒呈弥散状分布 ;表面复合层厚度随 Al含量的增加而减薄 ,显微硬度随

纳米多层金属复合材料研究进展

向金属中加入纤维、颗粒、晶须等增强体是提高金属复合材料力学性能的重要途径。而现代工业的不断发展对材料的多功能性提出了更高的要求。为改善材料的综合性能,保证其在高温、辐照等极端条件下的使用,研究人员设计了由纳米级交替层组成的材料体系——纳米多层金属复合材料。由于其具有极高的界面密度,可以有效地阻碍位错移动从而强化材料,同时促进了辐照缺陷的吸收,有效减轻金属的辐照损伤,在快堆、聚变堆等先进核反应堆中具有重要的应用前景。近年来,纳米多层金属复合材料在国内外得到了广泛而深入的研究,在制备技术、结构表征和综合性能等研究方面取得了长足的进步。以Cu/Nb纳米多层复合材料为例,综述了其制备技术、变形行为及热稳定性、抗辐照性、导电性等综合性能的研究进展,并探讨了纳米多层金属复合材料的发展趋势及应用前景。

叠层结构Al3Cu合金的微观组织和力学性能研究

采用保温阶段不同连接压力扩散连接和液压的方法,研究叠层结构Al3Cu合金的微观组织和力学性能。结果表明,在保温阶段25 MPa连接压力时,Al3Cu合金的界面氧元素向相邻层均匀分散,粗晶区和细晶区充分结合,形成具有非均匀区域的叠层结构Al3Cu合金。界面处的平均硬度为329.18 HV,介于轧制层和退火轧制层之间。与80%轧制态相比,抗拉强度由301.44 MPa升至310.16 MPa,延伸率由4.1增至8.3,这表明实现了优异的强韧性匹配。

Al/Mg/Al金属叠层复合板材制造技术研究

本文主要针对汽车领域轻量化的迫切需求,研究Al/Mg/Al叠层复合材料的设计、制造及应用。金属材料叠层板是指利用复合新型技术使两种或两种以上性能不同的金属材料层板紧密结合在一起得到的一种新型材料。在结构性能上充分弥补了各自金属元素的不足,综合了各组元的不同优点,具有单一金属或其他合金不可比拟的特殊性能,成为了当今新型科技材料和信息时代的研究热点。Al/Mg/Al叠层材料结合铝的耐腐蚀性与镁比强度高、密度小、阻尼减震性好、刚性好等几大特点,节约能源和资源的同时,也减轻了产品质量,提高了产品的使用性能。极大满足了汽车领域所需要的轻质材料的广泛需求,在民用航空、航天和汽车等各个领域中都有广泛的发展前景和研究价值。

铝基复合材料的瞬间液相扩散连接试验

分别采用Cu箔和Cu膜作为中间层,在853 K保温情况下进行了S iC颗粒增强铝基复合材料的瞬间液相扩散连接试验.用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪和拉伸试验机研究了表面状态、保温时间和压力对接头显微组织和性能的影响.结果表明:合适的压力和中间层厚度能有效改善接头的组织和力学性能,接头剪切强度随保温时间延长而提高.表面状态对接头强度有较大影响.采用Cu膜作中间层由于没有氧化膜的影响,可以获得更好的接头性能,在加2 M Pa压力,853 K保温120 m in连接时接头剪切强度可达169.1 M Pa,约为母材强度的81.7%.

CFRP/Al叠层结构制孔缺陷的有限元仿真

应用Abaqus有限元仿真软件,建立了CFRP/Al钻削有限元仿真模型,对CFRP/Al钻孔过程中碳纤维复合材料的撕裂、分层损伤及毛刺的特征和形成机理进行了仿真研究,并进一步分析了切削速度、进给量对CFRP/Al叠层结构制孔缺陷的影响规律。结果表明:麻花钻横刃对碳纤维的拉伸作用是造成撕裂的主要原因;毛刺主要产生在纤维被切削时处于拉伸状态的区域,铝合金切屑对CFRP的划伤也是毛刺形成的原因之一;在CFRP/Al叠层结构制孔缺陷中分层损伤最显著,进给量和切削速度对出入口分层损伤成正相关且对入口处分层影响更大;在这种叠层结构中,铝合金板的支撑作用有效减小了碳纤维复合材料层出口的分层损伤。

复合材料手工制孔刀具的寿命优化

碳纤维复合材料(CF)具有非均质各向异性的结构特点,制孔时极易产生基体灼伤、毛刺、分层及撕裂等多种形式的损伤。针对复材手工制孔刀具规格多的问题,通过对纯CF以及CF/Al叠层材料制孔进行刀具方案优化,并引入匕首钻和PCD锪窝钻进行刀具寿命测试,大幅降低了刀具规格及数量、刀具寿命测试时间及耗资,对比前期刀具,其使用寿命平均提升1.96倍,同时提升了刀具质量和寿命的稳定性。

B_(4)C增强Al/Ti叠层复合材料的制备和性能

Al/Ti叠层复合材料具有密度低、比强度高、比刚度和抗冲击性高等优异性能,但是金属间化合物(Al3Ti)的脆性限制了其实际应用。通过引入纤维、陶瓷颗粒可以降低Al_(3)Ti的脆性,提高Al/Ti叠层复合材料的强度和韧性。本研究提出了一种碳化硼(B_(4)C)增强Al/Ti叠层复合材料的可行方法,以真空热压法制备出0.2mm厚B_(4)C薄片增强的Al/Ti叠层复合材料,并对该材料的界面形貌和扩散层成分进行了分析。通过控制Al的液相反应时间,探究了扩散层厚度对材料冲击韧性和抗弯强度的影响。结果表明:该材料通过B_(4)C薄片增强,形成了良好的硬度梯度分布,B_(4)C薄片不仅可以直接承载吸能,还诱导裂纹偏转,使Al/Ti叠层复合材料基体的强韧性均获得提升。在710℃保温60min的样品其冲击韧性为89 J/cm^(2),抗弯强度为756 MPa,相较扩散层Al_(3)Ti厚度与之接近的Al/Ti叠层复合材料基体分别提高51%和38%。在710℃保温30 min的样品性能最优,冲击韧性为109 J/cm^(2),抗弯强度为1167 MPa。