低体积分数SiC_p/A356复合材料真空钎焊温度的确定

采用Ag47-Cu18-In17-Sn17-Ti1钎料,分别在560,570,580℃下保温30min对增强相体积分数为15%的SiC_p/A356复合材料进行真空钎焊,研究了钎焊接头的显微组织、显微硬度及抗剪强度,并确定了最优的钎焊温度。结果表明：在560-580℃温度区间进行真空钎焊获得的接头焊缝组织致密,钎料对基体铝合金和SiC颗粒都具有良好的润湿性,钎料中各元素在580℃下的扩散距离远大于在560℃下的;随着钎焊温度升高,焊缝中心及扩散区的显微硬度都逐渐下降;最佳的钎焊温度为560℃,在此温度下制备钎焊接头的抗剪强度可达51.8 MPa,焊缝中心与扩散区的显微硬度分别为99.4HV和110.7HV,接头的断裂方式表现为塑性断裂。

高含量SiC_p/A356复合材料衍生材料的组织与性能

采用真空半固态搅拌铸造法制备40%（体积分数）的高含量SiCp/A356复合材料;然后以40%SiCp/A356复合材料为原料,采用“稀释法”分别制备出体积分数10%、20%、30%衍生SiCp/A356复合材料。通过对比分析高体积含量复合材料稀释制备的衍生复合材料（衍生材料）与直接搅拌制备的搅拌SiCp/A356复合材料（搅拌材料）的断口形貌,发现衍生材料的断口质量及颗粒分布均匀程度均优于相同颗粒含量搅拌材料的;不同颗粒含量的孔隙率、布氏硬度、力学性能变化规律具有稀释效应,即颗粒含量越低,对应数值越小;相同颗粒含量衍生材料的硬度比搅拌材料的高3%～5%左右,力学性能比搅拌材料的力学性能高9%～13%。

SiC_p分布对SiC_p/2024Al复合材料组织和性能及变形行为的影响

采用半固态搅拌铸造法制备出SiC_(p)/2024Al复合材料,并通过热挤压和多向锻造(MDF)的多步变形调控SiC_(p)的分布,研究SiC_(p)分布对SiC_(p)/2024Al复合材料组织和性能的影响。研究结果表明:热挤压变形促使SiC_(p)沿挤压方向(ED)排布;而经过多向锻,SiC_(p)分布得到显著改善,由定向排布转变为均匀分布。经过1MDF后,沿ED定向排布的SiC_(p)向无序分布转变,同时材料的力学性能急剧下降。3MDF后SiC_(p)分布均匀性提高,材料的力学性能大幅提高。随着锻造道次增加至6道次,虽然SiC_(p)分布均匀性进一步提高,但伴随着部分SiC_(p)发生破碎,材料的力学性能下降。其中,当锻造次数为3时,复合材料的力学性能最优,其屈服强度、极限抗拉强度和伸长率分别为264,387 MPa和7%。与定向分布的复合材料相比,均匀分布的SiC_(p)可有效缓解局部应力集中,合金基体能存储更多的位错。此外,当SiC_(p)分布均匀性提高时,也伴随着Al_(2)Cu相的细化。弥散分布的Al_2Cu相阻碍了位错的滑移,导致均匀分布的复合材料具有更高的加工硬化率和内应力。为了研究SiC_(p)分布对复合材料加工软化行为的影响,对复合材料进行循环应力松弛实验。在应力循环过程中,由于均匀分布的SiC_(p)和弥散分布的Al_(2)Cu相,导致均匀分布SiC_(p)/2024Al复合材料的抗应力松弛性能更好。

固溶时间对Ti@(Al-Si-Ti)_(p)/A356复合材料组织及力学性能的影响

采用粉末触变成形技术制备了原位自生心-壳结构增强A356铝基复合材料,并研究了固溶时间对Ti@(Al-Si-Ti)_(p)/A356复合材料显微其组织及力学性能的影响。结果表明,随着固溶时间增加,初生α-Al相颗粒粗化长大;共晶Si相不断溶解,晶界上残余的共晶Si粗化、球状化;Al基体、Ti心部继续反应,增强体颗粒壳层发生相转变。复合材料在545℃固溶处理1 h时,力学性能达到峰值,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为263.9 MPa、175.1 MPa、20%,比制备态复合材料分别提高了7.3%、21.4%和12.4%,维氏硬度也从59.3 HV提高到72.8 HV。

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。

SiC_p/A356复合材料的摩擦磨损性能

以Al2O3陶瓷球为对偶材料,借助UMT-2型摩擦磨损试验机研究了温度、载荷和转速对铸态SiCp/A356复合材料干滑动摩擦磨损特性的影响,并利用扫描电镜和奥林巴斯激光共焦扫描显微镜观察分析其磨损行为。结果表明,载荷和转速一定时,随温度的升高,材料的摩擦稳定性和耐磨性能急剧下降,磨损机理也由剥落磨损转变为严重的粘着磨损。磨损过程中,载荷和转速引起材料摩擦表面温度变化,以及材料中SiC颗粒的影响,使得材料的磨损率随载荷增加而增加,摩擦因数则随载荷先增加后减小。随温度、载荷和转速增加,复合材料的摩擦稳定性和耐磨性都大幅度下降。

干滑动速度对SiC_p/A356复合材料摩擦磨损特性的影响

借助UMT-2型摩擦磨损试验机详细研究了干滑动速度对SiC_p/A356复合材料摩擦磨损特性的影响,并用SEM、EDS和奥林巴斯激光共焦扫描显微镜观察并分析了其摩擦磨损行为。结果表明:随着干滑动速度的增加,铸态材料的磨损率增加幅度和摩擦系数曲线波动较大;T6态材料的磨损率增加幅度和摩擦系数曲线波动较小,表现出优异的耐摩擦性能。铸态材料的磨损机理主要由低速时的氧化磨损和剥离磨损转变为高速时的粘着磨损,而T6态材料主要由低速时的氧化磨损转变为高速时的剥离磨损和磨粒磨损。高速区时,铸态材料的磨损断面中出现裂纹,而T6态材料只是存在简单的磨削痕迹和颗粒脱落现象。热处理后复合材料的高温耐磨性能明显提高。

SiC_p/A356铝合金复合材料触变挤压研究

采用有限元软件DEFORM-3DTM模拟SiCp/A356铝合金复合材料电子封装壳体的成形过程,应用等温压缩实验数据分析材料模型触变成形过程中金属流动速度场和温度场分布,并对可能产生的成形缺陷进行预测。研究发现,一模四件的模型更适合半固态触变成形,缺陷可能出现在最后成形的成形件侧棱两角。

Al_(3)Ti/A356复合材料微观组织及力学性能研究

采用原位铸造法将Al_(3)Ti颗粒与铝基体复合可制备出高比强度的Al_(3)Ti/Al复合材料。原位Al_(3)Ti相易生成大尺寸长杆状颗粒且易团聚,降低熔体铸造性能并造成铸造缺陷。将超声处理工艺与原位铸造法结合,借助超声的空化和声流效应可有效分散并细化Al_(3)Ti颗粒,从而制备出组织均匀及性能优异的Al_(3)Ti/Al复合材料。本文以Al和K2TiF6为反应体系,通过超声辅助熔盐法制备出10%Al_(3)Ti/Al(质量分数)中间合金,在此基础上采用超声辅助重熔稀释法可制备出组织均匀及力学性能良好的5%Al_(3)Ti/A356(质量分数)复合材料,并对其微观组织和力学性能进行分析。结果表明,向A356基体中加入5%(质量分数)Al_(3)Ti,能够显著细化晶粒,α-Al平均晶粒尺寸从250μm细化为135μm,降低了46%;T6热处理态复合材料的屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为232 MPa、287 MPa、3.5%,相比于A356合金分别提高了10.4%、12.5%、94.4%。

半固态搅拌法制备高含量SiC_p/A356复合材料

采用半固态机械搅拌法制备SiC_p含量(质量分数)高于40%的SiC_p/A356复合材料,测试了材料的密度,观察了材料的组织形貌特征。结果表明,粒度为15μm的SiC_p经过特殊处理后,可以制备SiC_p含量高于40%的SiC_p/A356复合材料,且无明显团聚现象;随着SiC_p含量从41%增加到43%,复合材料的密度从2.714g/cm3下降到2.615g/cm3,但下降趋势不完全呈线性关系。试验材料的增强相颗粒与基体结合良好,无明显的界面反应。采用半固态机械搅拌法制备SiC_p含量高于40%的SiC_p/A356复合材料是可行的。

SiCp_A356复合材料制动盘应力场数值模拟与热疲劳寿命预测

以新型颗粒增强铝基复合材料(SiCp_A356)制动盘为研究对象,在试验研究SiCp_A356复合材料常、高温力学本构关系和低周疲劳寿命曲线的基础上,系统地对制动过程中SiCp_A356复合材料制动盘的瞬态温度场、应力应变场以及热疲劳寿命预测方法进行研究。运用热弹塑性有限元分析模型,进行制动盘的多线性随动强化热弹塑性应力应变场数值模拟,结合制动盘载荷特点给出制动盘的疲劳―蠕变损伤分析和寿命预测模型,为高速客车轻型制动盘的结构设计和工程应用提供了参考。

原位自生A356/TiB_2复合材料的组织与性能

通过混合盐法制备了原位自生TiB2颗粒增强A356复合材料.扫描电镜观察结果表明,制备的原位自生TiB2颗粒分布均匀,其最大尺寸在500nm左右,平均尺寸在200nm左右.高分辨透射电子显微镜观察结果表明,颗粒与基体之间界面结合良好、干净,无任何杂质相的存在.复合材料的抗拉强度和屈服强度较基体都有了明显提高;复合材料的阻尼性能明显高于基体合金的阻尼性能,其室温时的数值为0.018.该研究成功地实现了材料力学性能和阻尼性能的同时提高.

电子封装SiCp/356Al复合材料制备及热膨胀性能

采用无压渗透法制备了SiCp/356Al复合材料,用SEM和XRD对复合材料组织形貌和物相进行了研究,测定了复合材料在50～400℃温度区间的热膨胀系数,分析了复合材料热膨胀性能的影响因素。结果表明SiCp/356Al复合材料中SiC颗粒分布均匀,无明显新相形成,复合材料的热膨胀系数比基体合金的热膨胀系数显著降低,复合材料热应力引起热膨胀性能的变化随温度的不同而不同。

热挤压对SiC_p/6061Al基复合材料组织和性能的影响

采用粉末冶金法(PM)制备了SiC_p/6061Al基复合材料,并对材料进行热挤压。利用金相显微镜、扫描电镜观察材料的微观组织,分析了材料的物理性能和力学性能,研究了热挤压对复合材料组织和性能的影响。结果表明:对PM法制备的铝基复合材料进行热挤压,可以大大提高复合材料的致密度和力学性能,热挤压后的SiC颗粒分布与挤压力方向趋于一致,在基体中的分布更加均匀。

SiC_p/2024铝合金复合材料粉末混合半固态挤压法制备

研究了SiCp/ 2 0 2 4铝合金复合材料的粉末混合 半固态挤压成形工艺及所制备材料的组织和界面特征。不同温度下半固态挤压的挤压力与位移曲线表明 ,半固态挤压过程的成形力低且稳定。SEM和TEM电镜观察结果表明 ,该工艺可以获得增强颗粒分布均匀、基体组织致密、界面结合良好且无界面反应的复合材料型材。分析了半固态挤压后复合材料的力学性能 ,结果表明 :与基体合金相比 ,复合材料的弹性模量、屈服强度、抗拉强度均有很大提高 ;与其它工艺生产的该复合材料相比 ,所制备的复合材料的塑性相对较高。

温度对铸态SiCp/A356复合材料滑动摩擦磨损特性的影响

以Al2O3陶瓷球为对偶材料,借助UMT-2摩擦磨损试验机详细研究温度变化对复合材料干滑动摩擦磨损特性的影响,并用SEM、EDS、奥林巴斯激光共焦扫描显微镜分析铸态SiCp/A356复合材料的高温摩擦磨损行为。结果表明:复合材料的磨损率对温度变化很敏感,在200℃以下,磨损率及其变化较小,以氧化磨损机制为主,属于轻微磨损;当温度达到250℃及以上时,磨损率开始急剧上升,磨损表面出现严重塑性流动痕迹,磨损面上出现磨屑粘着堆积的凸起,同时形成大量的大尺寸的磨屑,此时以粘着磨损机制为主,同时存在少量的氧化磨损。氧化磨损阶段,摩擦因数虽有变化,但相对稳定;但粘着磨损阶段,摩擦因数变得极度不稳定,出现尖锐的峰值。

SiCp_A356复合材料变温下的力学行为

试验研究了SiCp_A356复合材料在变温条件下的力学行为．结果表明，SiCp_A356复合材料的屈服强度、拉伸强度和弹性模量随温度的升高明显下降．在20℃～150℃之间，表现为循环硬化，且硬化程度随温度升高而减弱；在200℃～300℃之间，表现为循环软化，且软化速率随温度升高不断增大．而松弛行为与一般金属材料通常具有的基本特征相似．在此基础上，建立了适用于制动盘结构分析的热弹塑性-蠕变本构模型，为进行制动盘应力应变场数值模拟和预测寿命提供了前提和基础．此外，还对SiCp_A356复合材料的微观断裂机制进行了分析。

真空搅拌铸造SiC_P/ZL101A复合材料显微组织及力学性能研究

通过对真空感应炉熔炼制备SiCP/ZL101A复合材料的显微组织、力学性能研究,分析了SiCP颗粒分布均匀性的工艺影响因素。结果表明：SiCP预处理有助于改善SiCP与熔体颗粒之间的润湿性,减少SiCP颗粒聚集,其最佳预处理工艺为1000℃/2h;液面涡流有利于SiCP颗粒均匀化,增加搅拌器转速可使液面涡流深度增加,有助于液面边缘SiCP颗粒与熔体混合;SiCP/ZL101A复合材料最佳制备工艺为搅拌转速300r/min、搅拌1h,其布氏硬度和比磨损率分别达到138.7HBS和1.35×10-4mm3·m-1·N-1。

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。

SiC_p/Al基复合材料的铝浴自蔓延反应制备及其热学性能

将SiC和Ti的混合粉末压坯浸入铝液中 ,引发SiC和Ti的自蔓延反应 ,制备了低膨胀、高导热和高含量SiCp/Al基复合材料。自蔓延反应产物Ti5Si3和TiC在SiC颗粒表面原位形成涂层 ,改善了SiCp/Al界面的润湿性。SiC颗粒自重沉降 ,可形成高SiC含量的复合材料。考察了复合材料的热膨胀系数、导热系数及其与自蔓延反应之间的关系。结果表明 ,自蔓延反应对材料的热膨胀系数影响不大 ,但剧烈的自蔓延反应会损害材料的导热性能 ,如果适当控制反应程度 ,可以制备低膨胀、高导热的SiCp/Al基复合材料。