铸造Al-Si-Cu系合金及复合材料研究现状与展望

主要介绍了铸造Al-Si-Cu系合金及复合材料的研究状况,详细梳理了国内外学者对Al-Si-Cu系合金及复合材料的铸态组织及力学性能、热处理工艺以及铸造技术研究状况,指出目前的研究问题,并展望了Al-Si-Cu合金及复合材料的发展趋势。

GNPs含量对Al-Si-Cu合金的摩擦磨损性能的影响

在本研究中,利用金相显微镜(OM),扫描电子显微镜(SEM),能谱分析仪(EDS),显微硬度计和摩擦磨损试验机对GNPs(石墨烯片)/Al-Si-Cu复合材料的显微组织、显微硬度和摩擦磨损性能等进行了分析和表征。研究结果表明:随着GNPs的含量的逐渐增加,磨损率和摩擦系数均呈现出先减小再增大的趋势。当GNPs的含量为12 vol.%时,复合材料中的Si相明显得到了细化,由基体合金的长条状变为复合材料的短棒状。此时复合材料的磨损率和摩擦系数均最小,分别为21.27×10^(-3) mm^(3)/m和0.358,与Al-Si-Cu基体合金相比分别降低了37.07%和15.76%,复合材料的耐磨性能达到最佳。Al-Si-Cu基体合金是以剥层磨损为主要磨损机理,其磨屑是以大尺寸的板块状磨屑为主,而12 vol.%GNPs/Al-Si-Cu复合材料是以磨粒磨损为主要磨损机理,其磨屑则是以小尺寸板块状和细颗粒为主。

石墨烯纳米片增强ODS钢复合材料的制备及其拉伸性能

为了提高ODS FeCrAl合金的机械性能和导热性能,采用机械合金化法将石墨烯纳米片(GNPs)和ODS FeCrAl粉末进行混合,并利用放电等离子烧结(SPS)技术制备GNPs/ODS FeCrAl复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、电子万能试验机和热盘法(hot-disk法)等分析混合粉末混合前后的形貌,研究石墨烯添加对烧结态复合材料微观结构、拉伸性能和导热性能的影响。研究结果表明:在混合粉体中未检测到碳化物,而烧结态复合材料中发现了少量CrC和CrC,这表明在固结过程中部分石墨烯与基体中Cr元素发生了反应。经过高能球磨后,部分石墨烯纳米片被镶嵌在ODS钢粉末中,而其他石墨烯纳米片则保持其固有结构。烧结态GNPs/ODS钢复合材料的抗拉强度和导热系数分别达到了1 078 MPa和10.88 W/(m·K),相比未添加石墨烯的ODS钢,分别提高了18%和22%。

搅拌摩擦加工制备GNPs/Al复合材料的微观结构与力学性能

以纯铝为基体,利用搅拌摩擦加工(FSP)制备GNPs/Al复合材料,研究了复合材料基体组织、增强相与界面的微观结构与力学性能,探讨了其增强机理。结果表明,添加GNPs并经FSP后复合材料基体晶粒得到明显细化且晶界由小角度为主转变为大角度为主;FSP制备过程致使GNPs片层一定程度剥离的同时,较大片径的GNPs被破碎而形成众多边缘缺陷,使其易发生Al-C原子扩散,结果在GNPs边缘与基体形成界面过渡;GNPs加入量约1.8vol%时,复合材料的屈服强度和抗拉强度达到73和147MPa,较同等条件FSP的基体分别提高了92.1%和79.3%,理论计算界面载荷传递、Orowan和细晶强化依次是复合材料的主要增强机制;随着GNPs加入量的增加,复合材料屈服强度实验值与理论值的增长趋势一致,且偏差也略有提高,但可能因GNPs在复合材料中的杂乱排布,界面载荷传递强化不能充分发挥,实际的复合材料屈服强度与理论值尚有差距。

纳米石墨片-羧基丁腈橡胶复合材料结构形态与电性能

利用电子束辐照法制备纳米石墨片(GnPs)-羧基丁腈橡胶(XNBR)复合材料,研究辐射剂量对胶乳共混体系稳定性的影响,并对GnPs-XNBR复合材料的交联度、热稳定性、电性能及其形貌予以表征。结果表明:辐照后GnPs-XNBR复合材料的交联度、热稳定性和体积电阻率提高,而共混乳液的稳定性显著降低。辐照强化了乳胶粒子与石墨片之间的界面结合,形成胶乳粒子包覆石墨片的核-壳结构,进而提高石墨片在基体中分散均匀性,并使GnPs-XNBR复合材料的热稳定性和介电常数提高,导电性和介电损耗降低。

石墨烯增强镁合金塑性加工的组织和力学性能

为获得优异力学性能的复合材料,选用石墨烯作为增强体.本文采用粉末冶金方法,经高能球磨法、冷压、烧结、热压和热挤压制备了AZ31镁合金及石墨烯(GNPs)增强AZ31镁基复合材料棒状试样,通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和室温拉伸、压缩表征了该材料的组织和力学性能.结果表明:制备的复合材料及基体中生成了Mg_(17)Al_(12)和MgO,加入GNPs后复合材料的屈服强度与维氏硬度都优于基体材料;加入GNPs质量分数为0.5%和1.0%的GNPs复合材料分别比基体屈服强度增加13.2%和14.2%(258和259 MPa),显微维氏硬度分别增加11.4%和14.3%(78和80 HV),主要的强化机制为载荷转移强化、奥罗万强化、热错配强化,但材料的拉伸延伸率分别降低到3.9%和4.3%,比基体分别降低了38%和32%,材料的致密度分别为99.6%、98.5%、97.8%,随着GNPs的增加,致密度降低;GNPs的加入未改变材料的断裂方式,材料的断裂方式均主要为脆性断裂;GNPs的添加使复合材料的基面{0002}织构弱化,从而降低材料的屈服不对称性.

石墨烯纳米片对A380铝合金摩擦磨损性能的影响研究

通过真空热压烧结制备了GNPs-Al中间预制块,采用熔铸法将中间预制块加入到A380熔体中制备了GNPs/A380铝基复合材料。研究了石墨烯纳米片(GNPs)的含量对A380铝合金微观结构和摩擦磨损性能的影响。结果表明:质量分数为1.0%的GNPs/A380复合材料具有最佳的显微组织,适量的GNPs可以显著细化α-Al、Si相和Al5FeSi相,从而提高A380铝合金的维氏硬度。随GNPs的含量增加,GNPs/A380复合材料的磨损率和摩擦系数均先减小而后增大。1.0%GNPs/A380复合材料的磨损率和平均摩擦系数相比于基体分别降低了37%和15.5%。其中,A380基体合金的主要磨损机制为剥层磨损,而1.0%GNPs/A380复合材料是以磨粒磨损为主要磨损机制。