联合添加微量Sc、Zr元素对B4C/7075Al复合材料力学性能和腐蚀行为的影响

限制高强度B4C/Al复合材料工程应用的关键为腐蚀问题,添加微量合金元素是提高其耐蚀性的有效措施。采用压力浸渗法制备了B4C/7075和添加微量Sc、Zr元素的B4C/7075-0.15Sc-0.35Zr复合材料,利用扫描电镜、透射电镜、弯曲性能测试、拉伸性能测试、中性盐雾试验和电化学测试对比研究了联合添加Sc和Zr元素对B4C/7075Al复合材料的显微组织、力学性能和腐蚀行为的影响。结果表明:添加Sc和Zr元素后,复合材料的抗弯曲强度和抗拉强度升高,腐蚀速率降低,腐蚀电流密度(Jcorr)下降,耐蚀性增强,这是因为添加Sc和Zr元素后,复合材料的晶界析出相细小且不连续分布,无析出带(PFZ)消失。

纳米TiB_(2)/7075铝基复合材料超声滚压数值仿真研究

超声滚压数值仿真研究亟待丰富和深入开展。采用温度-应变率相关Johnson-Cook本构模型描述纳米TiB_(2)/7075铝基复合材料塑性变形行为,通过Gleeble热压缩模拟实验结合最小二乘拟合标定相关本构参数。利用有限元软件ABAQUS构建3D全六面体渐变网格模型,通过6个步骤对复合材料超声滚压强化过程进行了数值仿真研究。结果表明,残余应力分布的仿真结果与实测结果存在明显差异,但网格失效形式较好地反映了表层材料的开裂和分层,从模拟角度验证了往复超声滚压过程中过度塑性变形导致材料表面损伤的现象。该结果对金属基复合材料超声滚压工艺的探索和相关数值仿真研究的深入开展具有重要指导意义。

T6态Al_(2)O_(3np)/7075复合材料组织、力学及摩擦磨损性能研究

通过搅拌铸造工艺制备了2wt.%Al_(2)O_(3np)7075复合材料,然后对复合材料进行了T6热处理。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、显微硬度计、拉伸试验机和多功能摩擦磨损试验机等分析测试仪器设备,对热处理前后Al_(2)O_(3np)/7075复合材料的微观组织、力学性能及摩擦磨损性能进行了研究。研究结果表明:Al_(2)O_(3np)的添加极大地细化了7075合金的α-Al晶粒的尺寸,对复合材料进行热处理之后,组织中元素成分偏析减少,MgZn_(2)析出相弥散分布于Al基体内。与Al_(2)O_(3np)/7075复合材料的力学性能相比,T6态复合材料的力学性能显著提高。在30 N、0.35 m/s的摩擦条件下,T6态复合材料的磨损率和摩擦系数分别为0.0116 mg/m和0.2528,与铸造复合材料相比磨损量和摩擦系数分别降低了64.19%和23.32%。铸态复合材料的磨损机制以粘着磨损为主,而T6态复合材料的磨损机制以轻微粘着磨损和磨粒磨损为主。

CNTs@TiO_(2)及热挤压对Al7075复合材料磨损性能的影响

用熔铸法制备了Al7075-1%(质量分数)CNTs@TiO_(2)复合材料,通过热挤压工艺对复合材料进行塑性变形。结果表明:CNTs@Ti O_(2)的加入有效地改善了Al7075合金的显微组织,铸态Al7075-CNTs@Ti O_(2)复合材料在经过热挤压变形后,其α-Al和二次相进一步细化。挤压态Al7075-CNTs@Ti O_(2)复合材料的平均显微硬度为178.2HV,与基体合金相比提高了45.6%。挤压态复合材料的磨损率和平均摩擦因数分别为24.3×10^(-3)mm^(3)/m和0.334,相比于基体(68.6×10^(-3)mm^(3)/m和0.401)分别降低了43.2%和16.7%。挤压态复合材料磨损表面的轮廓高度差为22.24μm,相比于基体(52.88μm)下降了57.9%。从磨损机制上看,铸态Al7075合金主要呈现出剥层磨损特征,而挤压态复合材料则主要表现为磨粒磨损。

喷射共沉积7075/SiC_p复合材料薄板的轧制成形

研究了轧制方式、轧制温度等对喷射共沉积7075/SiCp复合材料挤压板材成形性能、显微组织和力学性能的影响。结果表明:挤压变形可以提高7075/SiCp喷射共沉积坯的轧制变形性能,平行于挤压方向取样并进行交叉轧制可以制备出高质量、高性能的薄板;轧制变形对挤压过程中形成的SiC颗粒条带状不均匀分布有显著的改善作用,随着轧制变形量的增加,SiC颗粒分布趋于均匀;轧制过程中,SiC颗粒破碎,尺寸明显变小,形貌呈钝化趋势;7075/SiCp复合材料薄板(T6态)的力学性能为:sσ=536.2MPa,σb=670.2MPa,δ=4.8%。

半连续铸造制备7075／6009铝合金梯度复合材料

采用双流浇注半连续铸造技术制备了7075/6009铝合金梯度复合材料。分析了合金内层、过渡层、外层的宏观和微观组织形态以及成分分布,并测量了铸件径向的洛氏硬度。结果表明,通过合理控制铸造参数,可以获得具有成分梯度和硬度梯度分布的7075/6009复合材料;梯度复合材料在凝固过程中,内、外合金熔体以紊流复合;过渡复合层的宽度主要受到内、外熔体的浇注温度、节流片孔径大小以及内导管插入结晶器深度的影响。

热加工后SiC颗粒的分布对喷射沉积7075/SiC_p复合材料性能的影响

研究了多层喷射沉积大尺寸7075/SiCp复合材料的沉积坯和挤压坯两种坯料经过循环压制加工后SiC颗粒的分布,测试了复合材料循环压制后的力学性能,通过拉伸断口SEM形貌分析了复合材料的断裂行为。结果表明:沉积坯经过循环压制后发生了SiC颗粒的破碎,但是由于塑性变形程度有限,基体依然不致密,破碎的SiC颗粒团聚在一起,复合材料的强度和伸长率都较低。挤压坯经过循环压制后SiC颗粒尺寸较小、分布均匀,复合材料性能得到提高。

7075Al/SiCp复合材料的热压缩变形流变应力和组织行为

采用圆柱试样在Gleeble-1500热模拟机上对喷射沉积7075Al／SiCp复合材料进行高温压缩变形实验，实验条件为：变形温度300-450℃，应变速率0．001～1s^-1。结果表明：7075Al／SiCp复合材料的流变应力大小受到变形温度和应变速率的强烈影响，流变应力随应变的增加而逐渐增加，出现一峰值后逐渐下降；流变应力随变形温度的升高、应变速率的降低而降低。可用Zener-Hollomon参数的双曲正弦形式来描述7075Al／SiCp复合材料高温压缩变形流变应力。随着变形温度的升高和应变速率的降低，7075Al／SiCp复合材料热变形过程中SiCp的分布逐渐均匀化，有利其热加工性能的改善。

7075/SiCp复合材料薄板的热处理工艺研究

研究了轧制态 70 75 SiCp复合材料薄板的热处理工艺。试验结果表明 :工艺参数对 70 75 SiCp复合材料薄板硬度的影响次序为 :时效时间≥时效温度≥固溶温度。轧制态复合材料薄板的时效时间相对于铸造态提前 6h ,时效析出相为AlMg4 Zn1 1 、Mg2

Al_3Ti/7075铝基复合材料固溶处理工艺研究

研究了固溶处理对制备的Al3Ti/7075铝基复合材料显微组织和力学性能的影响。结果表明:该铝基复合材料存在的第二相颗粒为MgZn2。复合材料经480℃固溶5 h后,复合材料显微硬度达到最大值68.72 HV。随固溶温度升高和固溶时间的延长,第二相颗粒回溶较多,但会发生再结晶,晶粒发生长大。复合材料经T6人工时效后硬度达到83.46 HV。

TiC_P/7075铝基复合材料的半固态触变成形工艺研究

采用原位反应喷射沉积法制备TiCP/7075铝基复合材料,进行半固态触变成形试验。研究TiCP/7075铝基复合材料的半固态触变成形性及其成形后的微观组织与力学性能。结果表明,该材料具有良好的半固态触变成形性,在成形压力仅为20~25MPa的条件下,就能够进行半固态触变成形。在625℃进行半固态触变成形后,其组织仍能保持均匀的等轴晶特征,平均晶粒尺寸分布于30~40μm;半固态触变成形试件经T6处理后其硬度达到(HRB)82~85。

7075/6009铝合金复合材料热压缩变形的本构方程

采用Gleeble-3500型热模拟机对7075/6009铝合金复合材料在变形温度为300～500℃、应变速率为0.001～1s^(-1)条件下的热压缩变形进行了研究,并得出了本构方程。结果表明:应变速率和变形温度对该复合材料的流变应力有显著影响,流变应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的提高而增大;可采用Zener-Hollomon参数的双曲正弦函数来描述该复合材料热压缩变形的峰值流变应力;热压缩变形本构方程中的结构因子A、应力水平参数α和应力指数n分别为1.23×10^(11)s^(-1),0.021和6.449,热变形激活能Q为166.89 kJ·mol^(-1)。

TiC_p/7075 Al基复合材料二次加热中晶粒长大规律

采用原位反应近液相线铸造法制备4.4%TiCp/7075Al基复合材料,在600℃保温10～60 min,水淬固定其半固态组织,研究半固态二次加热过程中合金的晶粒长大规律,并与采用同样方法制备的7075基体合金进行对比分析。结果表明,4.4%TiCp/7075Al基复合材料的晶粒粗化速率常数为118.96μm3/s,远小于7075基体合金的晶粒粗化速率常数311.7μm3/s,晶粒长大速率明显减慢。分析其原因,由于原位TiC颗粒的生成,使得4.4%TiCp/7075Al基复合材料的晶粒长大激活能增加约50%,从而对二次加热过程中晶粒迅速长大的行为起到了显著的抑制作用。

真空搅拌TiC_(p)/7075复合材料的组织、力学与耐磨性能

采用真空辅助搅拌铸造法制备了TiC_(p)/7075复合材料,利用XRD和SEM对复合材料进行物相分析和微观组织观察,研究了复合材料的力学性能和耐磨性能。结果表明,TiC增强体颗粒均匀分布在7075铝合金基体中,并且显著细化了基体合金的晶粒尺寸。TiC颗粒使基体合金的晶粒由200μm的树枝晶转变为约100μm的等轴晶。TiC_(p)/7075复合材料的布氏硬度和抗拉强度分别为163HBW和362 MPa,较基体合金分别提高了20.7%和20.3%,这是细晶强化和颗粒承载机制共同作用的结果。TiC颗粒的加入有效改善了7075基体的耐磨性,在10 N载荷下,复合材料的磨损量为2.9 mg,较基体减少54.7%。复合材料在磨损过程中裸露的TiC硬质颗粒优先与对磨材料接触,减小了复合材料与对磨材料的有效接触面积,提高了复合材料的耐磨性。

7075铝基复合材料多级固溶和时效处理工艺

研究了多级固溶和时效处理工艺对制备的Al3Ti/7075铝基复合材料显微组织和力学性能的影响。结果表明,经XRD衍射图谱分析,该铝基复合材料存在的第二相颗粒为MgZn2。复合材料经440℃/3h+480℃/2h处理后,其显微硬度值为110.2HV,硬度比单级固溶提高了10%。在同一固溶温度下,随着固溶时间的延长,第二相颗粒回溶较多,但是会发生晶粒长大现象。基体合金和复合材料在同一温度(120℃)下时效时,复合材料时效速度要比基体合金时效速度快,复合材料的时效峰值硬度为147.73HV。

熔铸-原位合成TiC／7075复合材料的腐蚀性能

采用熔铸-原位合成法制备了TiC/7075复合材料,并对其腐蚀性能进行了研究。结合电化学方法和盐雾腐蚀试验研究了原位合成TiC颗粒对TiC/7075复合材料在3.5%NaCl水溶液中腐蚀性的影响,作为比较,对7075铝合金的腐蚀性能也做了相应研究。结果表明,TiC/7075复合材料较基体7075铝合金在3.5%NaCl水溶液有较大的腐蚀敏感性,该复合材料腐蚀加速的原因是TiC与Al间以及富Cu相与贫Cu相间的电偶腐蚀。

喷射沉积7075/15SiC_p铝基复合材料高温拉伸变形与断裂行为

在300～450℃和0.001～0.1s-1的条件下,对喷射沉积7075/15SiCp铝基复合材料板材的高温拉伸变形与断裂行为进行了研究,用扫描电镜(SEM)观察拉伸断口。结果表明,流变应力随温度的升高而下降,表现出相当的应变软化直至断裂。伸长率随着温度的升高和应变速率的降低而增加,但其应变速率敏感系数最大值仅为0.24,表明不存在超塑性,变形激活能为379kJ/mol,比基体7075铝合金变形激活能高。拉伸断裂行为主要由延性断裂机制控制,其基体金属可见大量局部塑性变形特征,无界面滑移是导致喷射沉积7075/SiCp复合材料过早断裂而不出现超塑性的主要原因。

超声处理原位合成TiAl_3/7075铝基复合材料的动力学分析

采用超声复合原位合成技术制备TiAl3/7075复合材料,建立在超声处理情况下的动力学模型,并进行数值计算。计算表明,与未超声处理相比较,反应时间大幅度缩短。分析影响反应速率的因素,结果表明:在超声波作用下,获得颗粒状的TiAl3相且弥散分布;超声作用增大Al原子的扩散系数、减小边界层的厚度及Ti颗粒的大小,以致加快反应速度。

TiC_P/7075铝基复合材料的半固态触变成形

用原位反应喷射沉积法制备TiCP/7075铝基复合材料,并进行半固态触变成形试验,研究了TiCP/7075铝基复合材料的半固态触变成形性及其成形后的微观组织与力学性能。结果表明,该材料具有良好的半固态触变成形性,在成形压力仅为20～25MPa的条件下,就能够进行半固态触变成形。在625℃进行半固态触变成形后,其组织仍能保持均匀的等轴晶特征,平均晶粒尺寸为30～40μm;半固态触变成形试件经T6处理后其硬度HRB为82～85。

激光功率对Cr-Al/7075梯度复合材料层的影响

为了对7075铝合金进行表面强化,采用激光熔注技术,以氩气同轴送粉的方式注入Cr-Al粉末,制备了Cr-Al/7075梯度复合材料层。采用金相显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)观察熔注层的宏观形貌和微观结构,用X-射线衍射(XRD)进行物相分析,并测试了显微硬度。探索激光功率对复合材料层的影响。结果表明:通过激光熔注的方法制备了Cr-Al/7075复合材料层,增强颗粒沿熔池深度方向呈梯度分布,与其显微硬度分布一致。随着激光功率提高,复合材料层的宽度和厚度增加,增强体含量增加,Cr-Al反应生成物的种类和含量也逐渐增多。增强体的含量以及与基体的界面反应程度都会对硬度造成影响,当功率为1.4 kW时,复合材料层的表面硬度最大,为427.5HV0.2,是7075铝合金基体的3.01倍,此为最佳功率。7075铝合金表面得以强化的主要原因是增强体承载。