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。

SiC_p/Al基复合材料的耐蚀性研究

用电化学方法和腐蚀失重法研究了 2 0 2 4Al和SiCp/ 2 0 2 4Al基复合材料在 3.5 %NaCl水溶液中的耐蚀性 ,用电化学交流阻抗技术对它们的硫酸阳极氧化膜的耐蚀性进行了研究。结果表明 ,SiCp/ 2 0 2 4Al复合材料在 3.5 %NaCl水溶液中比相应的基体金属有较大的腐蚀敏感性。SiCp/ 2 0 2 4Al的阳极氧化膜耐NaCl溶液腐蚀能力不如 2 0 2 4Al合金的阳极氧化膜 。

SiC_p/Al基复合材料的切削加工研究现状

综述了SiC颗粒增强铝基复合材料的切削加工研究进展情况,重点阐述了刀具材料的主要失效形式及影响刀具磨损的因素,并展望了该领域的发展前景。

Ti-Al-Si-Mg对SiC_p/Al基复合材料等离子弧原位焊接焊缝组织和性能的影响

以填充自制药芯铝焊丝的形式向熔池内部直接添加Ti,Al,Si,Mg等金属元素,用氩氮混合等离子气体对SiCp/Al基复合材料进行等离子弧原位焊接.分析了Ti-Al-Si-Mg以及它们的氧化物对焊缝组织和性能的影响.结果表明,以Ti-Al-Si-Mg作为原位反应填充材料,可以有效抑制针状脆生相Al4C3的生成,改善熔池流动性,增加熔池内部金属的润湿性.形成了稳定的熔池,得到了以TiN,AlN,TiC,MgAl2O4和细小棒状的Al3Ti等为增强相的焊缝.焊缝组织致密结合良好,其最大抗拉强度为267 MPa.

铸态SiC_p/Al基复合材料中的台阶界面

采用铸造方法制备了SiCp Al 10Si 0 5Mg、SiCp Al 5Si 0 5Mg复合材料,以常规透射电镜为主要分析手段,对复合材料中六方SiC颗粒上的台阶界面进行了研究。台阶界面产生于SiC颗粒上的局部区域。台阶上两个相交的小平面,其中之一是六方SiC晶体中的(0001)最密排面。台阶界面上增强体与基体结合良好。提出了台阶界面形成的两种机制。

SiC_p/Al基复合材料等离子弧原位焊接研究

采用等离子弧原位焊接工艺研究了SiCp/Al基复合材料的可焊性。结果表明:以Ti为合金化填充材料,以N2+Ar为离子气,可以大大减弱SiC颗粒与基体Al之间的界面反应。通过拉伸试验、显微硬度测试、金相观察、扫描电镜、X射线衍射分析,对焊接接头进行了研究。得出焊缝表面的蓝黑色薄膜状物质为AlN和Al的混合物,焊缝中心新生相为AlN、TiN和TiC。探讨了接头力学性能不高的原因,并提出了在等离子弧焊条件下提高SiCp/Al焊接接头质量应采取的措施。

高压扭转半径对SiC_p/Al基复合材料组织和硬度的影响

SiCp/Al复合材料由于耐磨性好、比强度高、热膨胀系数小等优点而广泛应用于航空航天、汽车工业等众多领域。利用高压扭转法制备SiCp/Al复合材料,通过硬度测试和扫描电子显微镜观察金相组织,分析研究不同高压扭转半径对SiCp/Al复合材料组织和硬度的影响。结果表明,随着扭转半径的增大,剪切作用不断增强,等效应变增大,颗粒团聚现象减少,SiC颗粒分布均匀性增加,试样的显微硬度逐渐提高。

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。

1060Al/Al-Al_(2)O_(3)/1060Al层状铝基复合材料热变形模型对比分析

采用Gleeble-3500热模拟试验机在变形温度为25~400℃、应变速率为0.01~10s^(-1)和真应变为0.85的条件下,对1060Al/Al-Al_(2)O_(3)/1060Al层状铝基复合材料进行了热压缩试验,研究其热变形行为,建立了应变补偿的Arrhenius (SCA)、修正的Johnson-Cook (MJC)和修正的Zerilli-Armstrong (MZA) 3种本构模型,并对流变应力的预测值与实验值进行对比。结果表明,层状复合材料流变应力呈加工硬化型,并随温度升高或应变速率降低而降低;在100℃/0.5s^(-1)、200℃/0.1s^(-1)和300℃/0.1s^(-1)条件下,层状复合材料组元层间变形较为协调;3种本构模型中,MZA模型的相关系数最高,R为0.99085、平均绝对相对误差最低,e_(AARE)为0.046966,更适合描述1060Al/Al-Al_(2)O_(3)/1060Al层状铝基复合材料的热变形行为。

双尺度SiC_(p)增强Al基复合材料的制备及耐磨性研究

采用粉末冶金法制备了双尺度SiC_(p)增强Al基复合材料,SiC_(p)双粒径50μm:10μm的比例分别为1∶1、2∶1、3∶1、4∶1及5∶1,添加总含量为20vol%。通过销盘式摩擦磨损试验机对复合材料及对比试样HT300材料的耐磨性能进行了测试,使用SEM、EDS对复合材料及HT300摩擦磨损前后的微观形貌进行了表征,并对复合材料摩擦磨损机理进行了分析。结果表明,SiC_(p)与Al基体界面结合良好,无界面脱粘及孔隙产生。任一碳化硅颗粒粒径配比的SiC_(p)/Al基复合材料的耐磨性能均优于HT300,其中颗粒粒径配比为3∶1时耐磨性能最优,HT300磨损量约为颗粒粒径配比3∶1时的7~13倍。

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。

预热温度对激光选区熔化成形30%SiC_(p)/AlSi10Mg复合材料力学性能的影响

基板常温工况下激光选区熔化成形中等体积分数SiC_(p)/Al复合材料存在孔洞、裂纹等冶金缺陷,从而导致成形零件致密度低、力学性能差等问题。首先研究了固定优化成形工艺参数时,基板预热温度(200~400℃)对45μm的30%(质量分数,下同)SiC_(p)/AlSi10Mg成形零件表观致密度和力学性能的影响;进一步提高SiC_(p)质量分数至50%,再次评价了上述基板预热温度对成形性能的影响。结果表明,当SiC_(p)质量分数为30%时,升高基板预热温度可以减少成形零件的孔洞和裂纹,成形零件的表观致密度及力学性能显著提高;当基板预热至400℃时,成形零件表观致密度最高达到97.98%,与此同时极限抗压强度和极限抗拉强度分别为578 MPa和56 MPa;随着SiC_(p)质量分数进一步增加至50%,基板预热温度对成形零件致密化和力学性能的强化效果逐步减弱。本研究证明高温预热基板能够有效抑制激光选区熔化成形中等体积分数SiC_(p)/Al复合材料的冶金缺陷,为增材制造SiC_(p)/Al复合材料提供了工程应用解决方案。

不同电解液体系中SiC_(p)/Al基复合材料微弧氧化膜层的组织与性能

在(NaPO_(3))6,Na_(2)SiO_(3)-NaOH和NaAlO_(2)-NaOH三种电解液中,采用微弧氧化技术在SiC_(p)/Al基复合材料表面制备微弧氧化膜层。使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)对膜层组织结构及相组成进行表征,并通过摩擦磨损实验及电化学工作站分析基体及膜层的耐磨性和耐蚀性。结果表明:三种电解液中均能制备出均匀的微弧氧化膜层,NaAlO_(2)-NaOH中制备的膜层粗糙度和厚度最大。三种电解液中制备的膜层物相有差异。微弧氧化提高SiC_(p)/Al基复合材料的显微硬度,其中NaAlO_(2)-NaOH中制备的膜层硬度达到1125HV。微弧氧化可降低SiC_(p)/Al基复合材料的摩擦因数,综合摩擦因数及磨损情况,NaAlO_(2)-NaOH中制备的微弧氧化膜层的耐磨性较好。三种电解液中制备的微弧氧化膜层均能改善SiC_(p)/Al基复合材料的耐蚀性,其中Na_(2)SiO_(3)-NaOH中制备的膜层耐蚀性优异,腐蚀电位和腐蚀电流密度分别为-0.6122 V和2.704×10^(-7)A·cm^(-2)。

SiC颗粒增强Al基复合材料强化机理与关键技术解析

本文综合解析了SiC颗粒增强Al基复合材料的荷载传递强化、Orowan弥散强化、位错密度强化、加工硬化强化、细晶强化和综合强化等强化机理以及强度计算,现有制备方法及优缺点,以及制备SiC颗粒增强Al基复合材料的几个关键技术问题,展望了颗粒增强复合材料的研究重点和发展方向.

SiC_(p)/2024铝基复合材料冷压成形致密化特性研究

采用单轴模压法,以50μm、10μm双粒径SiC_(p)和2024铝粉混合粉末为原料,研究在102、204和306 MPa冷压条件下混合粉的冷压致密化行为、机理。采用粉末冶金法制备了SiC_(p)含量为20vol%的SiC_(p)/Al基复合材料,研究了热压烧结成形复合材料的组织和断口特征。结果表明,随着冷压压力的增大,冷压坯和复合材料的致密度均增加,204 MPa之后冷压坯致密度的增幅不明显,306 MPa冷压条件下冷压坯致密度最高达到85.8%,烧结后铝基复合材料的致密度最高达到99.87%。铝基复合材料的双粒径SiC_(p)与Al基体界面呈冶金结合,未出现SiC/Al界面脱粘现象及孔隙产生,复合材料断口中SiC_(p)均发生穿晶断裂,显示出良好的界面结合性能。

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。

增材制造Ti6Al4V基复合材料研究进展

Ti6Al4V基复合材料具有高杨氏模量、高比强度、良好的耐磨性和高温耐久性等一系列优异的性能,在航空航天、汽车制造和石油化工等高端结构材料领域具有广阔的应用前景。然而,Ti6Al4V基复合材料的传统减材制造方法存在能耗高、效率低、工艺复杂、材料利用率低和后处理加工成本高等共性缺点,无法满足规模化应用的需要。在此情况下,增材制造(additive manufacturing,AM)技术因具有能耗低、效率高、材料利用率高及对复杂形状制品可实现近净成型等优点,在制备Ti6Al4V等合金及其复合材料方面具有显著的应用优势和重要的科研价值。综述了现有Ti6Al4V基复合材料的增材制造方法,包括选区激光熔融(selective laser melting,SLM)、激光定向能量沉积(laser directed energy deposition,LDED)、电子束熔融(electron beam melting,EBM)、丝材电弧增材制造(wire arc additive manufacturing,WAAM)和电子束自由成形(electron beam freeform fabrication,EBFF)法,总结了上述方法的技术原理和优缺点,以及以原位合成陶瓷增强相为主的Ti6Al4V基复合材料的适宜加工参数、显微形貌特征及力学性能特点,并展望了增材制造Ti6Al4V基复合材料领域的技术发展趋势。

原位纳米粒子增强Al基复合材料的微观组织及高温力学性能

以纳米TiO_(2)为添加相,按一定比例添加B_(2)O_(3)和H_(3)BO_(3),采用高能球磨和粉末冶金法相结合的方法制备了体积分数为4%的纳米氧化物粒子增强Al基复合材料,最后在723 K的条件下以16∶1的挤压比制备了复合材料棒材。结果表明,经过4 h的球磨后,可以实现纳米氧化物在Al基体中的弥散分布;经过893 K的真空热压后,添加相与Al基体发生原位化学反应并生成了Al_(2)O_(3)等。当Ti与B物质的量比为1.0∶1.5时,复合材料的力学性能最优;同时,当B元素的先驱体化学成分不同时,复合材料的力学性能差异显著;TiO_(2)+H_(3)BO_(3)/Al在室温和623 K下的拉伸强度分别为507.7 MPa和151.3 MPa,展现出最高的室温力学性能;TiO_(2)+B_(2)O_(3)/Al在室温和623 K下的拉伸强度分别为353.7 MPa和167.1 MPa,展现出最佳的高温力学性能。

粉末冶金法制备TiB_(2)与Al基复合材料与性能研究

使用粉末冶金法制备了TiB_(2)/Al基复合材料,使用X射线衍射仪(XRD)对复合材料进行衍射图谱分析,确定复合材料的物相组织,复合材料晶界处为增强体TiB_(2)的主要分布位置,随着TiB_(2)质量分数的增加,团聚现象增多。探讨了TiB_(2)/Al基体的显微结构和机械性质的变化,并分析了TiB_(2)粒子的加入对TiB_(2)/Al基体的影响。实验发现,TiB_(2)/Al与TiB_(2)/Al的界面结合较好。在1 h的保温、610℃烧结、20%质量分数硼化钛的硬度最高,维氏硬度值为68.2 HV。此时的复合材料在TiB_(2)质量分数15%时的综合力学性能最好,抗拉强度为153.43 MPa,比纯铝提高了19.68%。

SiC_p/2024Al铝基复合材料搅拌摩擦焊接头微观组织

利用搅拌摩擦焊对SiCp/2024Al铝基复合材料进行了焊接。采用急停实验分析母材瞬间移动行为。利用金相显微镜,TEM观察接头组织。接头显微组织分析表明,接头中形成V字型结构,且SiC颗粒因焊缝位置不同而分布不均匀。在热机影响区中,SiC出现偏析;在焊核区,SiC颗粒较少。若参数选择不当,焊核中心区出现了颗粒消失现象。焊缝不同位置透射电镜分析表明,SiC/Al界面结合清晰,无脆性相生成,并在其中发现了破碎的SiC颗粒。