离心铸造法制备陶瓷颗粒增强Al合金基功能梯度复合管

利用熔融Ａｌ合金基体与颗粒增强相（ＳｉＣ及 Ａｌ２Ｏ３颗粒）在离心铸造条件下所受的离心力的不同，再通过调整其 它的工艺参数，利用水平式离心铸造机制备了３种具有不同强化部位（外层强化、内层强化以及内外层同时强化）的功能梯度复合 管．颗粒的３种分布方式使复合管的微观组织及显微硬度呈现了相应的梯度变化．强化部位的多样化可为功能梯度复合管的应用 开辟新的领域.

颗粒增强铝基梯度复合材料的摩擦磨损性能

采用新型喷射沉积技术制备SiC体积分数呈连续分布（0-30%）的Al-Si基梯度复合材料,利用MG-2000型销-盘磨擦磨损试验机,研究不同滑动转速和载荷对该梯度复合材料摩擦磨损性能的影响。采用SEM和MHV-2000型维氏硬度计研究该梯度复合材料的显微组织、硬度及其耐磨性的梯度分布规律。结果表明：随着滑动转速和载荷的增大,梯度材料的摩擦因数逐渐降低;材料的磨损率随载荷的增加而增大,随滑动转速的提高先增大后减小,在转速500 r/min时达到最大;对比研究沉积态与热压态材料的摩擦磨损行为,喷射沉积态由于孔隙等缺陷的存在,其磨损形式主要是磨粒磨损和剥层磨损;热压后,梯度材料的磨损形式以磨粒磨损和粘着磨损为主;随基体中SiC含量的逐渐增加,锭坯各部分硬度和耐磨性也随之提高。

SiC颗粒增强铝合金基梯度复合材料锻造性能及其塑性图

对 Si C颗粒增强铝合金基梯度复合材料的锻造性能进行了实验研究 ,绘制了该材料的塑性图。结果表明 :Si C颗粒增强铝合金基梯度复合材料能进行热塑性变形 ,在变形时 ,材料梯度层间界面无相对滑动 ,变形后基体仍保持连续 ,致密度有所提高 ;轴向梯度复合材料的变形符合最小层材料沿高度方向的变形差异较大 。

SiC颗粒增强铝合金基梯度复合材料弯曲力学性能及其评价

采用三点弯曲法,对SiC颗粒增强铝合金基梯度复合材料的弯曲力学性能进行了研究,提出了梯度复合材料抗弯强度比R1和R2两个新的力学性能评价指标。结果表明:金属基梯度复合材料(MMGC)的弯曲力学性能与其基本组分力学性能的关系不符合ROM法则,材料的抗弯强度和最大挠度强烈地受到SiC颗粒梯度分布方式与弯曲方向的影响;当基体处于受拉侧,高SiC含量组分处于受压侧时,MMGC能充分发挥其性能优势;MMGC在受梯度应力作用下的力学性能优势和其方向性特征受到材料状态、材料宏观不均匀性和微观连续性等因素的影响;MMGC的抗弯强度比R1反映了这类材料的性能优势,而抗弯强度比R2则反映了材料的方向性能特征。

颗粒增强金属基复合材料变形强化中的应变梯度效应

针对单轴压缩实验 ,根据颗粒增强金属基复合材料中颗粒和基体两相的局部变形协调条件 ,并通过简单的位错模型 ,确定出与变形协调相应的几何必需位错密度 ,进而导出一种颗粒强化 应变梯度律。从中可以清楚地看出 ,颗粒增强金属基复合材料的强化由材料的微结构特征几何参数l⌒ 和基体应变梯度联合控制。对于颗粒含量一定的复合材料 ,颗粒越小 ,应变梯度越高 ,强化效果越好。这一结果揭示了 ,颗粒强化及尺寸效应主要是通过应变梯度效应来表现的。这也同时说明 ,应变梯度可能是控制材料变形与断裂的重要因素之一。

离心铸造Si_pC颗粒梯度增强ZL109活塞组织与性能研究

利用离心铸造结合搅拌复合法成功制备了SiPC颗粒在活塞裙部梯度增加,头部集中偏聚的颗粒增强ZL109活塞。观察了活塞宏观与微观组织,对活塞进行了固溶和时效热处理并分别测量了铸态、固溶态和时效态的硬度和耐磨性,测量了活塞头部热膨胀系数。结果表明:较大尺寸SiPC颗粒主要偏聚于活塞头部,较小尺寸颗粒位于活塞裙部;热处理提高活塞的硬度和耐磨性;SiPC颗粒的加入降低了活塞的热膨胀系数。

颗粒增强铝基功能梯度复合管研究

对强化颗粒进行了预处理 ,通过控制搅拌条件及感应炉供电功率等参数 ,使颗粒直接加入到基体铝合金中 ,并在浆体中呈现不同的分布 .再通过调整其它的工艺参数 ,利用水平式离心铸造机制备了三种具有不同强化部位和不同颗粒分布的功能梯度复合管 :外层强化、内层强化以及内外层同时强化 .结果表明 :功能梯度复合管的显微硬度与颗粒分布具有良好的对应关系 ,而且显微组织也呈现梯度变化 ;

SiC颗粒增强铝合金基梯度复合材料的制备及其组织和性能

成功地制备出了ＳｉＣ颗粒增强铝合金基梯度复合材料。对该材料的微观组织和力学性能进行了研究。结果表明：挤压成形中产生的强烈压应力能够消除梯度层间界面，利用塑性成形中的不均匀变形可以控制材料的梯度分布；材料的宏观力学性能不仅与各组份材料的基本物性指标有关，而且与材料的梯度分布方式有关。

层状梯度结构SiC颗粒增强铝基复合材料的损伤分析

通过对不同层深的 Si C颗粒增强复合材料的损伤过程分析发现其损伤过程分为三个阶段 :高速率线性阶段、低速率平缓阶段及损伤加速阶段。

SiC增强颗粒分布规律对梯度装甲板抗侵彻过程的影响

利用LS-DYNA软件,对SiC颗粒增强铝合金复合材料的增强相体积百分含量沿厚度连续分布的梯度装甲板进行了抗侵彻过程的数值分析。给出了四种SiC体积含量连续分布的梯度板模型抗侵彻过程的数值计算结果,并与钢板材料进行比较。结果表明:改变梯度装甲板增强颗粒的体积含量沿装甲板厚度方向的分布,能极大地提高梯度装甲板的抗弹击性能,大大地降低防护装甲的自身重量。当SiC颗粒平均体积含量一定时,SiC增强颗粒在表面的体积含量越高,抗侵彻性能越好,也就是f0=0.80,参数b=4时,具有最佳的抗侵彻能力,比同厚度的钢板要好得多。

离心铸造SiC颗粒增强铝基梯度功能复合材料薄壁筒状零件制备工艺研究

实验选用3种粒径为15μm、30μm和52μm的混合SiC颗粒制备铝基梯度功能复合材料,并采用半固态复合搅拌法制备浆料,制备出阶跃式变化的梯度功能复合零件毛坯,通过设计零件机械切削工艺,在毛坯的SiC颗粒偏聚层加工出壁厚2.5mm,高80mm的薄壁筒状零件。

金属表面梯度增强层的制备研究进展

碳化物增强金属表面复合材料兼具碳化物的高硬度、高模量及基体的高韧性、高塑性优势,是提高金属材料使用寿命的有效途径。但是,随着碳化物颗粒体积分数提高,复合材料强度显著增大的同时韧性却大幅下降。如何改善碳化物/金属复合材料的强韧性倒置问题成为复合材料研究领域基础性难题之一。目前,报道的碳化物/金属基复合材料的表面复合强韧化方式主要有表面梯度化、纳米复合、表面应力以及新型结构等方式。主要讨论了金属表面工程技术的重要性以及表面梯度增强层的研究进展和制备现状,详细探讨了表面梯度增强层的优势,并提出了利用表面处理技术制备金属表面碳化物陶瓷梯度复合层,以期实现零件表面增强体的连续或逐级变化;同时保持基体的良好性能,有望提高金属材料的使役性能,增强表面特性,延长使用寿命,具有重要的工程实际价值。

颗粒增强复合材料的界面开裂与尺度效应

采用基于Huang等提出的塑性应变梯度传统理论发展的有限元方法,模拟了颗粒增强金属基复合材料的界面开裂与颗粒尺度效应.分别针对考虑颗粒与基体间界面开裂和不开裂两种情况进行分析,并将考虑界面开裂的模拟结果与实验结果进行比较,证明了模型的有效性,同时也获得应变梯度理论中所包含的材料特征尺度参量的取值.

基于应变梯度理论的切削加工SiCp/Al表面创成机理分析

为了深入研究颗粒增强铝基复合材料的切削过程,对45%体积分数的SiCp/Al复合材料通过多相建模的方法建立了基于应变梯度的本构模型,并对软件ABAQUS进行了二次开发,用程序语言将所建本构模型以及描述断裂的B-W断裂准则编入用户子程序VUMAT,并导入ABAQUS进行仿真分析。结合切削实验和仿真分析结果,研究了在相同切削速度及不同切削深度下SiCp/Al复合材料加工表面温度、材料内部应力应变和位错的变化情况。研究结果表明,相较于传统Johnson-Cook模型,修正后的本构模型所得到的结果与实验结果更加吻合;切削深度增大会引发高温梯度;材料内部应力会在颗粒附近形成应力集中;在加工表面应变较大的区域出现大量位错,导致加工颗粒增强金属基复合材料的难度上升。

三维梯度功能材料层间力学模型与应力分析

本文对非均质耐热梯度功能材料 (FGM)层间的结构与性能进行了研究。通过对陶瓷 -金属 FGM的宏、细观结构分析 ,建立了其层间三维力学模型 ,导出了应力分析方程。本方法的确定不仅可以指导 FGM的成分、组织和结构设计 ,而且还可以加速 FGM实用化的进程 ,通过典型的算例数值分析 。

组份成分分布规律对功能梯度防护装甲动态响应的影响

利用数值模拟方法研究了在冲击载荷作用下组份成分对称分布的功能梯度板的动态响应。梯度板材料为陶瓷颗粒增强的铝基复合材料(MMC)。增强相体积分数随厚度服从指数定律连续分布,在对称分布条件下增强相体积分数分别在梯度板的前后表面达到最大值。结果显示,在这种功能梯度装甲板中,应力波的传播非常复杂,弹性和粘塑性波耦合在一起,反射拉伸波和卸载波的大小依赖于组份成分沿厚度的分布;等效塑性应变的幅值、动能、弹性应变能及耗散能随时间的变化规律与功能梯度材料组份成分沿厚度的变化密切相关。这些因素对强冲击载荷作用下功能梯度板的优化设计非常重要。

电磁场作用下(Al_2O_3+Al_3Zr)_p/Al复合材料的梯度效应

以原位合成的Al2O3、Al3Zr颗粒增强铝基复合材料作为预熔料,颗粒体积分数为15%,颗粒粒度为2～3μm。在恒温870℃时施加30s频率为20kHz的高频交变电磁场,集肤深度为5.314mm,线圈内输入电流80A,刚玉坩埚置于线圈边缘部位,对应位置处的磁感应强度为0.1T。扫描电镜分析复合材料水淬试样,结果表明,试样中心部位颗粒体积分数基本不变,靠近线圈5mm处颗粒体积分数减少至10%,靠近线圈边缘部分的颗粒体积分数增加至20%,呈现出一定梯度效应,这是电磁挤压力作用的结果。颗粒迁移效率的影响因素有:颗粒体积分数、粒径、熔体温度、磁感应强度、分布及其磁场作用时间。

耐磨钢铁基梯度复合材料制造工程化技术研发与产业化开发

国内年用导卫板和轧辊等钢铁磨损件20余万吨。项目组研究开发出有自主知识产权的高硬度WC陶瓷颗粒增强耐磨钢铁基（高铬钢铁基）梯度复合材料，开发出“弥散WC＋金属基体”的高硬度陶瓷预制体制备技术，开发出“负压＋振动”去气细晶凝固成形制备技术，

结晶器铜合金表面激光原位制备纳米颗粒增强钴基梯度涂层

在Co基熔覆涂层材料成分与结构设计的基础上,利用脉冲激光诱导原位反应技术,在结晶器Cu合金基体材料上制备陶瓷相增强Co基梯度涂层。利用分析技术对制备涂层的组织结构、成分、性能和涂层形成机理进行了系统研究。结果表明,设计成分的梯度变化成功制备出具有3层梯度的Co基合金涂层,实现了涂层组织与性能的梯度变化。梯度涂层里没有裂纹和气孔缺陷,涂层与Cu合金基体形成冶金界面结合。激光诱导原位生成了纳米级Cr-Ni-Fe-C,MoNi4,Cr7C2,WC1-x等颗粒,起到了增强Co基合金梯度涂层的作用。梯度涂层各层的陶瓷颗粒数量呈现由第1层到第3层逐渐增多的趋势,硬度由铜合金基体的94 HV逐渐增加到最外层涂层的523 HV。涂层中石墨具有改善梯度涂层摩擦性能的作用。

初晶Si与Mg_2Si颗粒互补增强Al基梯度复合材料的离心成形机制（英文）

为了克服单一初晶Si或Mg2Si颗粒增强的铝基复合材料的不足,采用离心铸造的方法制备了一种由初晶Si与Mg2Si两种颗粒互补增强的铝基梯度复合材料。这种复合材料的组织与性能具有明显的梯度分布特征:内层含有高体积分数的初晶Si与Mg2Si颗粒,形成互补增强区域,具有高硬度的特点;外层没有或含有极少量初晶颗粒,形成非增强区域,具有硬度低的特点。对该复合材料的离心成形机制探讨发现,大量细小的初晶Mg2Si颗粒是形成这种梯度复合材料的关键因素。在离心力场中,密度更小的初晶Mg2Si颗粒具有比初晶Si颗粒大得多的向心运动速度,在运动过程中它与初晶Si发生碰撞并推动后者一起快速运动,最终导致二者在内层的剧烈偏聚。此外,为了获得足够的初晶Mg2Si颗粒,在三元Al-Si-Mg合金中,Si的质量分数应不低于19%,Mg的质量分数应不低于4%。