粉末冶金法制备金属基复合材料的研究及应用

粉末冶金工艺(P/M)具有工艺灵活、可设计性强的特征,是制备高性能金属基复合材料的重要手段之一。简述了P/M法制备金属基复合材料的工艺特点及加工、成型特点,以若干较成功的应用实例为重点总结了粉末冶金金属基复合材料的性能特点,以及国内外的研究与应用现状,提出了该类材料未来的发展方向。

颗粒增强金属基复合材料疲劳研究进展

对近年来颗粒增强金属基复合材料的疲劳研究进行了总结,从疲劳裂纹萌生及疲劳裂纹扩展方面讨论了其疲劳行为及机理,总结了增强颗粒特性、基体特性对其疲劳性能的影响,展望了颗粒增强金属基复合材料疲劳研究的发展前景。

轻合金及其复合材料半固态成型技术研究与应用

本文概述了半固态金属成型的原理及特点、制备方法、成型工艺以及该技术国内外的应用现状,并对我国半固态金属成型技术的前景进行了展望。

低热膨胀铝基复合材料的研究进展

综述了低热膨胀铝基复合材料的研究现状,对高体积分数SiC颗粒增强铝基复合材料、锂霞石颗粒增强铝基复合材料、钨酸锆颗粒增强铝基复合材料和准晶颗粒增强铝基复合材料的研究状况进行了详细的阐述。并对低热膨胀铝基复合材料的发展和应用进行了展望。

纳米SiC颗粒增强2024铝基复合材料的力学性能研究

采用粉末冶金法制备了1%(体积分数)纳米SiC颗粒增强2024铝基复合材料,并研究了其力学性能。实验结果表明,1%纳米SiC颗粒增强2024铝基复合材料具有优良的室温力学性能,并且在200℃时表现了较好的高温性能,在315℃时强度下降。研究表明,纳米SiC可以增加增强粒子的表面积,减小增强粒子的颗粒间距,使大量弥散分布的纳米SiC颗粒起到钉扎位错的作用,而且可以细化2024铝基体的晶粒,因而表现了良好的力学性能。

原位合成TiB增强钛基复合材料的微观组织研究

在热力学计算纯钛粉与TiB2颗粒生成TiB条件的基础上,采用原位反应粉末冶金技术制备了TiB/Ti复合材料。试验结果表明,采用计算的反应条件可以实现纯钛粉与TiB2颗粒完全反应,反应生成物TiB呈晶须状,TiB晶须在基体中均匀分布,并与基体之间界面平整、干净。

颗粒增强铝基复合材料疲劳断裂研究

对粉末冶金法制备的碳化硅颗粒增强铝基复合材料进行了旋转弯曲疲劳试验研究。采用金相显微镜和扫描电镜分别观察了疲劳试验后复合材料纵向显微组织和疲劳断口。通过金相显微镜,观察了增强体颗粒在疲劳循环应力水平下可能的损伤形式。通过疲劳断口观察,分析了断面上不同区域的疲劳裂纹传播特征。结果表明,增强体的加入有效地提高了复合材料的屈服强度、弹性模量和疲劳性能,使复合材料高周疲劳极限提高到约250MPa(1×107循环周次)。复合材料的疲劳损伤随机分布于试样内。断口分析还表明复合材料疲劳同样遵循裂纹萌生,长大,失稳断裂规律,其裂纹起源于铝基体内。加入SiC颗粒减弱或遮盖了疲劳裂纹传播时的晶体学特征,使得复合材料高周疲劳断面没有发现常见的疲劳辉纹。

液氮球磨制备纳米SiCP/Al基复合材料的研究

利用液氮球磨技术制备了纳米SiC颗粒增强铝基复合材料粉末,对该纳米粉末进行真空热压和热挤压,获得纳米铝基复合材料块体。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)研究了纳米SiC粉和A l-Zn-Mg-Cu粉在液氮球磨过程中形貌、组织和相组成等。结果表明,液氮球磨可以使复合材料粉末达到纳米级,且纳米SiC可均匀地分布于铝合金中。

Al-Fe-V-Si合金以及Al-Fe-V-Si/SiCp复合材料的微观组织及力学性能的研究

采用粉末冶金工艺制备了Al-Fe-V-Si合金及Al-Fe-V-Si/SiCp复合材料,对该合金及复合材料的微观组织进行了研究,测试了合金棒材与其SiC颗粒增强复合材料的常温和高温力学性能。结果表明:制备得到Al-Fe-V-Si合金的主要析出相和强化相是弥散分布的球状-αAl13相;加入SiC颗粒后,大幅度提高了材料的抗拉强度。

SiCp/Al复合材料搅拌铸造新型搅拌器流场及工艺研究

SiCp/Al复合材料搅拌铸造法虽然具有制备成本低、近终成型的优点,但是实现SiC颗粒在铝合金熔体的均匀分散难度很大,这与搅拌器结构及搅拌工艺有直接关系。采用数值模拟和实验相结合的方法开展了新型桨栅复合搅拌器设计及其工艺研究,比较了桨栅复合搅拌器与单一搅拌器的流场结构和速度场分布,并在此基础上进行了搅拌铸造工艺研究。结果表明:(1)桨栅复合搅拌器能够较好地实现复合材料大体积熔体的均匀搅拌和高速剪切,复合搅拌器内熔体的流场为较好的轴向和径向循环,液面更为平稳,搅拌转速500r/min时熔体最大速度为3.9m/s,流场结构和剪切速度均优于单一形式搅拌器;(2)用桨栅复合搅拌器进行20%(质量分数)SiCp/A357复合材料搅拌铸造工艺实验,在搅拌温度610℃、搅拌转速500r/min、搅拌时间20min的工艺条件下,SiC颗粒分布均匀且无气孔缺陷。

SiC_p/Al复合材料的无压浸渗制备及其导热率的研究

采用粉末注射成型/无压浸渗法制备了高体分SiCp/Al复合材料,重点研究了无压浸渗的机制及主要工艺参数对复合材料导热率的影响。结果表明:无压浸渗得以发生主要是由于基体中Mg的挥发,与氮气反应生成氮化镁附着在SiC颗粒上并与表面SiO2膜反应促进润湿,由此得以自发浸渗;随着保温时间的增加,材料的致密度增加,复合材料的导热率在不断升高;随着保温温度的提高,材料的致密度增加,材料的导热率先升高后降低,这主要是由所制材料的界面热阻所引起的。

热处理对SiC_p/Al复合材料强度和塑性的影响

采用粉末冶金法制备了d300 mm的15%SiCp/Al(体积分数)复合材料坯锭,研究了挤压态和T4态复合材料的力学性能和断裂特点,揭示了基体强度和颗粒开裂对复合材料强度与塑性的影响规律。结果表明:复合材料T4态拉伸强度保持在560 MPa的水平下,延伸率仍高达7%以上;与挤压态相比,T4态复合材料拉伸强度和屈服强度分别提高了68.5%和105%,但塑性保持在同一水平。断口观察表明:挤压态复合材料以基体断裂为主,而T4态复合材料除了基体断裂外,还存在SiC颗粒开裂现象;基体强度严重影响复合材料的断裂形式,颗粒开裂有利于提高复合材料的塑性。

高能球磨粉末冶金制备工艺对15%SiC_p/2009Al复合材料性能的影响

采用高能球磨粉末冶金法制备了15%SiCp/2009Al复合材料,研究了球磨转速、球磨时间、加热抽真空工艺、热压成型以及热挤压比对复合材料力学性能的影响。结果表明,球磨转速和时间、热压成型工艺是影响复合材料力学性能的重要因素。较长时间高转速球磨使SiC颗粒均匀分布,高温真空热压改善粉末之间的结合是获得高性能复合材料的关键。转速190r/min、球磨6h制备的复合粉末经高温真空热压、挤压后的复合材料SiC颗粒均匀分布,材料的抗拉强度高达650MPa,延伸率大于5%。

SiC_p/Al复合材料制备工艺对组织与性能的影响

采用高能球磨粉末冶金法制备了体积分数为 15 %SiCp/ 2 0 0 9Al复合材料 ,研究了球磨转速、球磨时间对复合材料组织和性能的影响。结果表明 ,球磨转速和球磨时间是影响复合材料力学性能的重要因素 ,较长时间高转速球磨使得SiC颗粒均匀分布 ,转速 190r/min、球磨 6h制备的复合粉末经真空热压、挤压后的复合材料SiC颗粒均匀分布 ,材料的抗拉强度高达 6 5 0MPa,伸长率大于 5 %。

SiCp／Al复合材料在航空航天领域的应用与发展

详细对比了铝合金、钛合金以及铝基复合材料的力学和物理性能,分析了铝基复合材料在航空航天领域应用的性能优势,总结了铝基复合材料在航空航天领域应用情况以及国内的研究现状,提出了铝基复合材料在航空航天领域的应用发展方向。

高性能铝基复合材料的颗粒分布及界面结合

采用常规粉末冶金和高能球磨粉末冶金法制备了B4 Cp/Al复合材料 ,研究了B4 C颗粒分布与界面结合特点、形成机制以及对材料性能的影响。结果表明 ,17% (体积分数 )B4 Cp/ 60 61Al复合材料的屈服和抗拉强度分别为 4 15MPa和 4 70MPa ,比常规粉末冶金复合材料分别提高了 69%和 70 %。微观分析表明 ,高能球磨粉末冶金复合材料中B4 C颗粒均匀分布、颗粒与基体之间存在近百纳米厚度的界面层 ,界面层由呈带状且有序分布的微细铝晶粒和弥散分布的纳米颗粒组成。高能球磨过程中 ,铝粉末在钢球表面形成冷焊层 ,B4 C不断被挤入而均匀化是实现颗粒均匀分布的主要机制 ;球磨过程中铝粉末表面氧化层破碎暴露出新鲜铝表面且与镶嵌在铝粉末中的B4

金刚石表面镀钨对铜/金刚石复合材料热导率的影响

利用粉末覆盖烧结法成功在金刚石表面镀覆W,并采用气体压力熔渗法制备Cu/diamond(W)复合材料。研究了不同镀覆温度对镀层微观结构以及复合材料热导率的影响。结果表明,金刚石表面镀钨有效的改善了界面结合,提高了复合材料热导率。镀层厚度随镀覆温度的提高而明显增加,复合材料热导率先增高再降低。当镀覆工艺为1 050℃保温15 min时,镀层厚度为2 000nm,复合材料热导率最高可达到670 W/mK。

粉末冶金15%SiC_p/2009Al复合材料的高周疲劳性能

采用粉末冶金法制备15%SiCp/2009Al(体积分数)复合材料,并测试其旋转弯曲疲劳和轴向疲劳性能,采用扫描电镜观察其疲劳断口。结果表明:15%SiCp/2009Al复合材料具有良好的高周疲劳性能,疲劳裂纹萌生于试样表面中较大的SiC颗粒、金属间化合物颗粒以及一些"无特殊微观组织特征"区域;疲劳裂纹扩展以形成微孔与韧窝、形成撕裂脊、增强颗粒SiC开裂、增强颗粒-基体界面脱粘为主要形式;控制SiC颗粒粒度、优化SiC颗粒均匀分布于2009Al基体、保证SiC颗粒与基体具有良好的界面结合,这样的微观组织对15%SiCp/2009Al复合材料的疲劳性能至关重要。

适合航空航天用SiC_p/Al复合材料的性能

采用粉末冶金法制备了φ300mm的15%(体积分数)SiCp/Al复合材料坯锭,研究了热挤压、锻造后的材料力学性能以及断裂特点.结果表明,该材料的弹性模量在97 GPa、拉伸强度保持在550 MPa的水平下,延伸率仍高达7%左右,旋转弯曲疲劳强度在250～290 MPa范围内,断裂韧性为25 MPa·m1/2,冲击韧性为62.5 kJ/m2.与棒材挤压态相比,T4态复合材料拉伸强度和屈服强度分别提高66.7%和100%,但塑性保持在同一水平.断口观察表明,挤压态复合材料以基体韧性断裂为主要形式,而T4态复合材料除了基体韧性断裂外,还存在SiC颗粒断裂现象.挤压棒材锻造后有利于提高材料的横向强度.

等温锻造对SiC_p/Al复合材料颗粒分布的影响

开展了粉末冶金法制备的20%(体积分数)SiCp/2009Al复合材料坯锭的等温锻造实验,研究了不同变形量对锻件中SiC颗粒的分布以及力学性能的影响。结果表明,等温锻造变形量越大,锻件中的SiC颗粒分布越均匀,锻件强度和塑性越高。对于同一锻件而言,沿锻造轴向上,锻件的应变量呈现中部变形量大、两端变形量小的正态分布趋势,并且中部SiC颗粒分布较均匀,而两端的分布较差;沿锻造径向上,锻件不同部位应变量也存在差异,由此导致SiC颗粒分布均匀性不一致。