微米SiCp/Cu基复合材料的机械和耐磨性能

以微米级(14mm)SiCp和微米级(10mm)铜粉为原料,采用冷压烧结方法制备出SiCp(14mm)/Cu基复合材料,并进行了热挤压加工。研究了SiCp(14mm)/Cu基复合材料的组织、硬度、导电、拉伸和耐磨性能,并与6-6-3锡青铜进行了比较。结果表明:SiCp(14mm)/Cu基复合材料组织致密,SiCp(14mm)分布均匀;随着SiCp(14mm)含量增加,导电性下降,硬度增高,抗拉强度下降,伸长率下降;在SiCp(14mm)含量为1～10vol%时,导电率为95.9%～82.2%IACS,硬度为84.5～89.2HV,抗拉强度为243.3～166.6MPa,伸长率为50.6%～23.0%;SiCp(14mm)/Cu基复合材料具有良好的耐磨性,5vol%SiCp(14mm)/Cu基复合材料磨损质量损失是6.5-0.4锡青铜1/18.3;SiCp(14mm)对对磨件产生犁削,复合材料磨损表面形成混合中间层,提高了耐磨性。

SiCp尺寸对SiCp/Cu基复合材料抗磨性能的影响

以纳米级(30nm)、亚微米级(130nm)、微米级(14μm)3种粒径的SiCp和微米级(10μm)铜粉为原料,用冷压烧结和热挤压方法制备了纳米、亚微米和微米级SiCp/Cu复合材料,考察了SiCp尺寸对SiCp/Cu复合材料抗磨性能的影响.结果表明,不同尺寸的SiCp颗粒作为增强相均能显著改善铜基复合材料的抗磨性能;随着SiCp尺寸的增大,SiCp/Cu复合材料的抗磨性能提高幅度显著增大,但偶件磨损表面的犁削加剧;以微米级SiCp为原料制备的SiCp/Cu复合材料的抗磨性能最佳,但其导致偶件40Cr钢犁削作用显著加剧.从摩擦副整体的摩擦磨损性能角度而言,宜采用SiCp尺寸为130nm的SiCp/Cu复合材料同40Cr钢组成摩擦副.

石墨烯化学镀铜对放电等离子烧结石墨烯增强铝基复合材料组织和性能的影响

通过化学镀方法得到镀铜石墨烯粉末,再通过静电自组装方法将镀铜石墨烯粉末与铝粉混合,然后经放电等离子烧结工艺制备镀铜石墨烯增强铝基复合材料,研究了不同质量分数(0.1%,0.2%,0.3%,0.4%,0.5%)镀铜石墨烯增强铝基复合材料的微观结构和性能,并与质量分数0.1%未镀铜石墨烯增强铝基复合材料进行对比。结果表明:镀铜石墨烯在复合材料中分散均匀,复合材料的相对密度均在99%以上;铝和铜发生反应生成了中间相Al_(2)Cu,但未有Al_(4)C_(3)界面相生成;镀铜石墨烯增强铝基复合材料的硬度和耐磨性能均优于未镀铜石墨烯增强铝基复合材料;随着镀铜石墨烯含量的增加,复合材料的硬度先升高后降低,磨损质量损失和摩擦因数均呈先减小后增加的趋势。当镀铜石墨烯的质量分数为0.2%时,复合材料具有优异的综合性能,其硬度为74.7 HV,磨损质量损失和摩擦因数均最小,分别为0.0023 g和0.259,磨损机制为氧化磨损。

烧结温度对车用石墨-TiB_(2)增强铜基复合材料组织与性能的影响

采用真空热压烧结方法制备了石墨和TiB_(2)混杂增强Cu基复合材料,研究了烧结温度对复合材料微观结构、致密度、显微硬度、电导率和摩擦磨损性能的影响。结果表明:烧结过程中各粉末原料没有发生氧化,同时粉末之间也没有发生化学反应。两种增强相均匀地分散在连续的Cu基体中,同时颗粒之间没有形成聚集。随着烧结温度的升高,复合材料的致密度和显微硬度先增大后减小,摩擦系数和磨损率先减小后增大,电导率逐渐降低。烧结温度为800℃时,石墨和TiB_(2)混杂增强Cu基复合材料具有较优异的综合性能,其致密度、显微硬度、电导率、摩擦系数和磨损率分别为98.8%、92.2 HV0.1、43.2%IACS、0.213和1.757×10^(-5)mm^(3)/(N·m),磨损机制为显微切削为主,粘着磨损为辅。

占空比对SiCp/Al基复合材料微弧氧化膜层组织及性能的影响

以NaAlO2+NaOH为电解液体系,在恒压模式下对SiC体积分数为45%,粒径为5μm的SiCp/Al基复合材料表面进行微弧氧化处理,研究了占空比对SiCp/Al基复合材料微弧氧化膜层组织及性能的影响。用SEM分析微弧氧化膜层的形貌;用X射线衍射仪分析膜层的相组成;采用粗糙度仪、维氏硬度仪、划痕仪对膜层粗糙度、显微硬度及结合力进行了分析;用电化学工作站分析膜层的耐蚀性。结果表明:随着占空比的增大,微弧氧化膜层变得连续,厚度呈现增加趋势,粗糙度逐渐增加,孔隙率逐渐降低。占空比对微弧氧化膜层的物相有一定影响。SiCp/Al基复合材料微弧氧化膜层与基体的结合力随占空比的增加先增大后减小。不同占空比下制备的微弧氧化膜层均能提高SiCp/Al基复合材料的耐蚀性,占空比为70%时制备的微弧氧化膜层耐蚀性最好。

挤压铸造压力对超声辅助成形纳米SiCp/Al-Cu复合材料颗粒分布与力学性能的影响

采用超声振动技术制备2%(质量分数)纳米SiCp/Al-Cu复合材料浆料,并研究挤压铸造压力对纳米SiCp/Al-Cu复合材料颗粒分布和力学性能的影响。研究发现,随着挤压压力从0增至400 MPa,合金α(Al)晶粒尺寸先大幅降低而后下降趋势变缓,并且铸件中孔隙率明显降低。当挤压压力为400 MPa时,α(Al)晶粒尺寸从105μm减小到25μm,纳米SiCp分布得到明显改善,以致其力学性能最佳。复合材料的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为290 MPa、182 MPa和10%,相比于重力铸造(0 MPa)分别提高52.6%、25.5%和400%。在高压作用下,纳米SiCp/Al-Cu复合材料强度和伸长率的提高归因于晶粒细化、孔隙率降低和纳米颗粒均匀分布。

亚微米SiC_p含量对SiC_p/Cu基复合材料性能的影响

以亚微米级(130nm)碳化硅颗粒(SiCp)和微米级(10μm)Cu粉为原料,采用冷压烧结和热挤压方法制备出SiCp/Cu基复合材料,研究其SiCp含量对SiCp/Cu基复合材料电学、力学和摩擦学性能的影响。结果表明:当SiCp体积含量从0.5%增高到5.0%时,电导率从96.2%IACS下降到87.4%IACS,维氏硬度从64.8MPa增高到87.8MPa,抗拉强度从213.3MPa增大到217.3MPa,伸长率从41.5%下降到8.6%;SiCp/Cu基复合材料具有优良的摩擦学性能,0.5%SiCp/Cu基复合材料和5.0%SiCp/Cu基复合材料的磨损质量损失在载荷为300～1200N时分别仅是工业供应态T3铜的1/4.07～1/1.13和1/14.25～1/2.10,亚表层疲劳裂纹引发的疲劳磨损是SiCp/Cu基复合材料的磨损机理之一,磨损表面和亚表面没有明显的来自对磨钢的Fe元素。

微米SiC_p/Cu基复合材料的组织与性能

以微米级(14μm)SiCp和微米级(10μm)铜粉为原料,采用冷压烧结方法成功制备出了SiCp/Cu基复合材料,并进行了热挤压加工,研究了组织、导电性能、硬度、拉伸性能和耐磨性能。结果表明:SiCp分布均匀;在SiCp含量为1%vol～10%vol时,SiCp/Cu基复合材料的导电率为95.9%～82.2%IACS,硬度为84.5～89.2HV0.2,抗拉强度为243.3～166.6MPa,伸长率为50.6%～23.0%;5vol%SiCp/Cu基复合材料具有良好的耐磨性能,其磨损失重分别是QSn6.5-0.4的1/18.3和T3纯Cu的1/24.7。

碳纳米管增强Cu和Al基复合材料的研究进展

碳纳米管(CNTs)增强Cu基或Al基复合材料是未来铜材或铝材方面最具潜力的发展方向之一。在本研究中,综述了近几年在CNTs增强Cu基和Al基复合材料研究方面取得的进展,论述CNTs的预处理、CNTs-金属复合粉末的制备、CNTs-金属复合块体材料的制备、界面结合机制以及CNTs的强化机理5个主要方面。

SiC颗粒尺寸对SiC_p/Cu基复合材料热膨胀系数的影响

采用化学镀工艺制备了镀铜SiC微粉。化学镀工艺参数对该复合粉体的包覆行为影响较大。利用冷压成型和无压烧结技术制备了SiCp/Cu基复合材料,并对该复合材料的微观结构和热膨胀系数进行研究。结果表明:SiC颗粒分布较均匀,SiC颗粒与基体之间界面结合良好;随测量温度增加,SiCp/Cu基复合材料的线膨胀系数呈非线性增加;当SiCp体积分数相同时,减小SiCp颗粒尺寸有利于降低复合材料的热膨胀系数。

颗粒增强铝基复合材料6066Al/SiCp的时效析出特性

采用喷射共沉积工艺制备了6066Al基体铝合金以及含不同体积分数增强颗粒的6066Al/SiCp铝基复合材料,与常规熔铸+挤压的基体铝合金比较,喷射共沉积基体铝合金和复合材料的力学性能峰值时效时间明显缩短,即喷射共沉积6066Al和6066Al/SiCp颗粒增强铝基复合材料发生加速时效现象。对材料的微观组织进行常规金相和透射电镜观察,分析了SiCp增强陶瓷颗粒以及喷射共沉积工艺对材料时效析出行为的影响。研究表明:喷射共沉积工艺所形成的非平衡组织中溶质原子浓度高,时效析出驱动力大,有利于时效过程溶质原子扩散和第二相的形核。喷射共沉积材料细化的晶粒组织及复合材料中的高密度位错有利于非均匀形核,是加速材料时效析出动力学过程的主要原因。

SiCp增强2024铝基复合材料超塑性的研究

对搅拌铸造法制备的SiCp/2024Al复合材料超塑性的预处理、力学行为、微观结构及变形机制进行了研究,结果表明,合适的强烈塑性变形是改善复合材料组织进而提高超塑性的有效方法:经小挤压、热轧和冷轧后,在温度为823K、初始应变速率为 1.1×10-3 s-1的拉伸变形条件下,超塑延伸率为405%,超塑变形机制为晶粒的适度长大、动态连续再结晶和适当的微量液相共同协调的晶界滑动:液相不是该复合材料展现超塑性的必要条件。

W掺杂NbSe_2及其Cu基复合材料摩擦学性能研究

本文利用固相合成法制备W掺杂的NbSe2,且以Nb1-xWxSe2为固体润滑相,Cu为基体相,通过粉末冶金的方法制备出不同质量百分比含量的Nb1-xWxSe2/Cu基复合材料。利用XRD、SEM、TEM测试手段分析了样品中的相成分、微观形貌,采用电阻率检测仪、材料试验机和排水法测试块体样品的电阻率、硬度和密度,并用摩擦磨损试验机对其摩擦磨损性能进行评价。结果表明随着W掺杂量的增加,Nb1-xWxSe2的形貌由规则的微米六方片转变为纳米片和纳米带的混合,掺杂对电阻率影响不大。随着Nb1-xWxSe2添加量的增加,Nb1-xWxSe2/Cu基复合材料的电阻率缓慢升高,摩擦系数呈现不同规律变化。当Nb1-xWxSe2中W掺杂量x=0且其添加质量为10%时,NbSe2/Cu基复合材料体系拥有最佳摩擦磨损性能,摩擦系数为0.15,磨痕平滑且宽度较窄。当Nb1-xWxSe2中W掺杂量x=3%且Nb0.97W0.03Se2的添加质量为5%时,Nb0.97W0.03Se2/Cu基复合材料拥有最佳摩擦磨损性能,摩擦系数为0.17,磨痕更加平滑且磨痕浅。这是由于Nb0.97W0.03Se2中同时均匀存在纳米带和纳米片,它们互相缠绕在一起,在复合材料中纳米片起到润滑成膜的作用,纳米带类似于鸟巢中的草屑和树枝,起到了增强增韧的作用,促使材料的力学和摩擦学性能同时提高。

碳化硼颗粒增强Cu基复合材料的研究

研究了用表面涂覆含钛金属涂层的碳化硼颗粒增强 Cu基复合材料 [B4Cp/(Ti B2 +Ti N) /Cu],并与未经涂覆的 B4C颗粒增强 Cu基复合材料 (B4Cp/Cu)进行了对比。实验结果表明 ,前者的致密度和电导率比后者好。磨损实验结果表明 ,使用有涂层颗粒的复合材料的耐磨性比无涂层颗粒的好。通过对复合材料界面和磨损表面的电镜观察表明 ,B4C颗粒经过涂覆处理后 ,改善了复合材料的界面粘结性能 。

微米SiCp增强铝基复合材料摩擦磨损性能研究

以微米级 ( 1 4μm)SiCp和微米级Al粉 ( 1 0 0～ 2 0 0目 )为原料 ,采用冷压烧结和热挤压方法制备出不同体积分数的微米SiCp增强Al基复合材料 ,研究了它的耐磨性能。结果表明在较高载荷下 ,SiCp的体积分数为 1 5 %和5 0 %的SiCp/Al基复合材料耐磨性比市售挤压态锡青铜QSn6 5 - 0 4和纯Al高得多 ,且随SiCp含量增加 ,复合材料的耐磨性能提高 ;磨损表面形成Al基体

Al2O3弥散增强Cu基高导电率复合材料的制备及性能研究

采用高能球磨结合放电等离子烧结的方法制备0.5%、1.0%和2.0%的Al_2O_3弥散增强Cu基复合材料。研究Al_2O_3在Cu基体中的分布状态,以及对复合材料强度、硬度、导电性能和摩擦系数的影响。结果表明:弥散分布于晶界处的Al_2O_3颗粒导致复合材料的硬度和抗拉强度都提高,而伸长率、电导率降低和摩擦系数降低。1.0%Al_2O_3/Cu复合材料的相对密度达到98.22%、电导率为48.38 MS/m,硬度102.7 HV,抗拉强度264.97 MPa,摩擦系数0.28。

SiCp/2024Al基复合材料的界面行为

采用真空热压烧结工艺在580℃下制备了35%(体积分数)SiCp/2024铝基复合材料,利用透射电镜(TEM)、能谱(EDS)、高分辨透射电镜(HRTEM)对复合材料中SiC/Al,合金相/Al的界面结构进行了表征,研究了增强体SiC和基体Al以及热处理前后合金相与基体Al的界面类型,取向结合机制。结果表明,SiC/Al界面清晰平滑,无界面反应物和颗粒溶解现象,也无空洞缺陷。SiC/Al界面类型包括非晶层界面和干净界面。干净界面中SiC和Al之间没有固定或优先的取向关系,取向结合机制为紧密的原子匹配形成的半共格界面。热压烧结所得复合材料中的合金相以Al4Cu9为主,与基体Al的界面为不共格界面,热处理后,合金相Al2Cu弥散分布于基体中,与基体Al的界面为错配度较小的半共格界面。

等离子弧焊接SiCp/Al基复合材料焊缝“原位”合金化分析

采用等离子弧焊焊接SiCp/Al基复合材料,以Ar+N2为离子气,并以Ti作为合金化填充材料,研究了焊缝“原位”合金化元素Ti对焊缝显微组织的影响。结果表明,采用焊缝原位合金化方法焊接SiC颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al MMCs),可以有效抑制焊缝中针状脆性相Al4C3的形成,并且由于Ti的加入,改善了增强相和Al基体之间的润湿性,形成了稳定的熔池,得到以均匀分布的TiN、AlN等为增强相的新型铝基复合材料焊缝,焊接性能得到有效提高。同时还研究了Ti的添加量对焊缝显微组织的影响,结果发现,随着Ti含量的增加,焊缝中还生成如Ti5Si3等新的增强相。焊缝“原位”合金化等离子弧焊接是焊接SiCp/Al基复合材料的一种新方法。

镀铜时间对壳核结构钛基粉体形貌及复合材料组织和硬度的影响

采用磁控溅射技术制备了铜层均匀致密的壳核结构复合粉末(Cu@TC4复合粉末),采用放电等离子烧结(spark plasma sintering, SPS)技术制备了原位Ti_(2)Cu增强的TC4复合材料(Ti_(2)Cu/TC4复合材料)。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、金相显微镜(OM)和电子探针等手段系统研究了镀铜时间对Cu@TC4复合粉末截面形貌和烧结态Ti_(2)Cu/TC4复合材料微观组织的影响规律,并采用维氏硬度仪对Ti_(2)Cu/TC4复合材料的显微硬度进行测试。结果表明:TC4钛合金粉末经过磁控溅射镀铜后,TC4钛合金粉末表面明显包裹了一层Cu,溅射时间为1 h时,镀层厚度为0.7μm;当溅射时间为4 h时,镀层厚度随之增加至3.7μm;较溅射1 h所得镀层厚度增加428%,镀层均匀致密,形成壳核结构。随着镀铜时间的增加,烧结态Ti_(2)Cu/TC4复合材料的OM显微组织由魏氏组织转变为魏氏组织与共析组织混合的形貌特征,复合材料的显微硬度也随之增加,由原始的HV_(1) 332.56增加到HV_(1) 380.52,提高了约14.4%,显微硬度提升的原因可归结为分布在基体中的Ti_(2)Cu纳米颗粒导致的弥散强化。

热处理过程中SiCp/2024Al基复合材料的微观组织演变

采用真空热压烧结工艺在580℃下制备了35%(体积分数)SiCp/2024铝基复合材料,利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、能谱(EDS)、高分辨透射电镜(HRTEM)对复合材料热处理过程中微观组织进行了表征,研究了热压烧结后复合材料的析出相的微观结构以及析出相在热处理过程的演变规律。结果表明,热压烧结后复合材料中存在许多粗大析出相颗粒,包括Al4Cu9,Al2Cu,Al18Mg3Mn2,Al5Cu6Mg2和Al7Cu2Fe。随着固溶温度的提高,粗大析出相颗粒逐渐回溶到Al基体中,当固溶温度达到510℃时,粗大析出相颗粒几乎全部回溶到基体中,但还存在少量的难溶相。复合材料经510℃固溶2 h+190℃时效9 h后,除了少量的难溶相,许多圆盘状纳米析出相Al2Cu和棒针状纳米析出相Al2Cu Mg弥散分布于基体中且与基体的界面为错配度较小的半共格界面,圆盘状纳米析出相的直径为50~200 nm,棒针状纳米析出相长度为100~150 nm。