梯度复合材料激光熔化沉积成形的研究进展

高性能梯度复合材料是为克服现有单一均质材料无法满足某些特殊性能要求或为充分发挥不同材料的性能潜力而发展的一类新型复合材料,其显著特征是材料的组分、结构及物性参数根据需要呈连续或梯度变化。激光熔化沉积成形技术采用逐点连续添加材料成形,赋予了该技术在材料组成、凝固组织、外形尺寸等控制上的极大柔性,是未来发展集材料设计、制备、成形及组织性能控制于一体的材料智能制备与成形技术的重要方向。着重介绍采用激光熔化沉积成形技术制备镍系、钛系梯度复合材料方面取得的最新研究进展,通过分析存在的问题和面临的挑战,指出了未来工作的主要方向。

热压烧结合成CaO-ZrO_2-BN复合材料的研究

对热压合成CaOZrO2 BN复合材料进行了研究。实验分别以CaCO3,ZrO2 ,BN和CaO ,ZrO2 ,BN为原料 ,采用热压烧结的方法在 15 5 0℃、高纯氮气保护下制备合成试样 ,通过热力学计算分析反应过程 ,同时借助XRD ,TEM等手段对材料的显微结构进行观察和分析。结果表明 :以CaCO3为原料的试样被氧化 ,其氧化最终产物为 2CaO·B2 O3。而以CaO为原料的试样经TEM观测及对其衍射花样的标定证实 ,TEM图中黑色块状晶粒为CaZrO3,白色层状晶粒为BN 。

SPS法制备SiC_P/Cu复合材料的研究

为了开发高导热低成本电子封装材料与器件,采用SPS方法制备了SiC/Cu复合材料,研究了SiC的粒径和体积分数对材料致密度和热导率的影响。结果表明:随着SiC体积分数的减少(从70%到50%),材料致密度逐渐提高;随着SiC粒径从40μm变化到14μm,材料的致密度提高。在材料未达到完全致密的情况下,材料的热导率主要受致密度的影响,SiC粒径的减小和体积分数的适宜降低对材料热导率的提高有利。此外,研究了对SiC进行化学镀铜对复合材料的影响。SiC化学镀铜改善了复合材料两相界面的润湿性,与未镀铜SiC相比,使样品相对密度提高了3%,热扩散系数提高了60%,热导率为167 W/(m.K)。

SiCP/AZ31镁基复合材料微弧氧化膜结构与性能分析

采用微弧氧化表面处理技术在SiC颗粒增强AZ31镁基复合材料表面制备保护性陶瓷膜.分析了陶瓷膜的表面形貌、截面组织和相组成,并测量了膜层的硬度、热震和电化学腐蚀特性.结果表明,陶瓷膜由MgO、Mg2SiO4和少量同电解液组成元素相关的相所组成,膜内还残留少量SiCP增强体.膜层的最高硬度可达到HV800,比复合材料基体提高五倍以上.经过100次热循环(500℃→水淬)后膜层与复合材料结合良好,显示该膜层有较好的抗热震性能.微弧氧化处理后,SiCP/AZ31镁基复合材料的抗腐蚀能力得到较大提高.

碳纤维增强镁基复合材料的制备及微观结构分析

采用溶胶-凝胶方法,经过水解、浸渍及干燥烧结,在纤维表面涂覆上一层均匀光亮、无裂纹且厚度适中的二氧化硅涂层。在惰性气体保护下实现三维编织碳纤维增强镁基复合材料的压力浸渗制备。通过SEM和XRD等分析碳纤维表面二氧化硅涂层的形貌、成分及其结构以及复合材料中碳纤维与镁基体界面的微观结构。结果表明,二氧化硅涂层厚度适当的碳纤维与镁合金基体之间通过轻微的界面反应,改善了二者间的润湿性,有效促进了镁合金熔液在三维编织碳纤维中的浸渗过程。

高能球磨制备15%SiC/2009Al复合材料的微观组织与断裂行为

利用高能球磨法制备了 15 %SiC/ 2 0 0 9Al复合材料。结果表明 ,基体合金内具有明显的位错胞与亚结构 ,平均晶粒尺寸约为 3～ 4μm。对复合材料挤压棒材分别在 2 5 ,15 0 ,2 0 0 ,3 15 ,40 0℃下测试了拉伸力学性能。复合材料在 15 0℃下还能保持较高的拉伸强度。断口形貌表明 ,在低温下孔洞首先在界面附近的基体合金内形成 。

激光熔覆沉积钛基复合材料的组织及性能

通过在激光熔覆沉积过程中向熔池内送入一定比例纯Ti粉和B4C颗粒，直接制备出钛基复合材料，分析了所制备材料的微观组织、相组成及性能。结果表明，在激光熔覆沉积过程中，Ti粉和B4C颗粒发生原位反应，生成与基体界面结合良好的TiC和TiB增强相，TiC为短棒状或颗粒状，TiB为短纤维状，复合材料中同时有大量未完全反应的B4C颗粒存在，所制备钛基复合材料的抗拉强度、硬度较激光熔覆沉积的纯钛有较大幅度的提高。

SPS法制备铜-2%碳纳米管复合材料

首先采用颗粒复合法（PCS,Particle Composite System）对Cu-碳纳米管（CNT）粉末进行表面改性处理,得到CNT镶嵌或包覆于较软微米Cu颗粒表面的复合粉,其形貌近似球形,然后将复合粉通过SPS烧结工艺制备成Cu-2%（质量分数）CNT复合材料。通过硬度测试、密度测试、SEM形貌观察和能谱分析,研究了PCS处理时间对Cu-2%CNT复合材料的组织和性能的影响并与普通混粉后的复合材料做了比较。结果表明,随着PCS处理时间的延长,复合粉末粒径不断减小,在40min以后,随时间的延长,粒径基本保持不变。与纯Cu相比,经PCS处理后制备的Cu-2%CNT复合材料硬度有26%-34%的提高,与普通混粉24h相比提高了20%-26%;CNT在铜基体中呈连通的网状结构,复合材料的致密度达97%以上。

激光熔覆沉积制备原位增强相钛基复合材料

利用激光熔覆沉积技术在钛合金表面直接制备原位增强相钛基复合材料,对所制备的材料进行微观组织、相组成及显微硬度分析测试。结果表明,在激光熔覆沉积过程中,Ti粉和B4C颗粒发生原位反应,生成与基体界面结合良好的TiC和TiB增强相,TiC多为树枝状或等轴状,TiB为短纤维状,复合材料中同时有大量未反应的B4C颗粒存在,所制备的钛基复合材料具有较高的硬度。

球形微细金属粉末超声雾化技术的最新研究进展

处于制粉技术前沿的超声振动雾化技术以其在粉体质量、形貌与粒度分布等方面的独特优势而逐渐成为高品质、高性能金属与合金粉末的重要制备手段。概述了超声雾化制备球性微细金属粉末的技术特点,阐述了金属超声雾化技术的原理与相关机制,总结了近年来超声雾化在机制、粒度控制和工艺改进等方面的研究进展,同时介绍了国内外新近发展起来的复合型高效超声雾化技术和最新研究热点,以及针对实现窄粒度分布、扩大雾化金属种类方面所采取的相应对策。

新型超声雾化技术制备球形金属粉末

介绍了新型超声雾化制备金属粉末技术原理及工艺特点,研究了采用新型超声雾化技术制备的合金粉末形貌、粒度分布、氧含量和微观组织,并与气雾化粉末进行了比较.新型超声雾化技术直接利用超声振动雾化金属,雾化基本以静态模式进行而没有高速运动,制备的粉末光洁圆整、球形度好、粒度分布窄,具有设备和工艺简单、可控性高、成本低等显著技术优势.

激光快速成形金属薄壁零件的三维瞬态温度场数值模拟

利用ANSYS有限元软件中的'生死单元'技术,建立了与激光快速成形过程一致的三维瞬态薄壁零件温度场计算模型。通过该计算模型,可以掌握成形过程中薄壁零件温度场随时间的变化规律。计算结果表明,金属薄壁零件中,与x方向温度梯度相比,y方向温度梯度占绝对优势,因此在薄壁零件冷却过程中,热量散失主要方向为y方向。激光功率越高,y方向温度梯度也越大,因此形成的枝晶组织就越细长。

Al_(10)Zn_(2.9)Mg_(1.7)Cu超高强铝合金的喷射成形制备研究

采用喷射成形技术制备了Al1 0 Zn2 .9Mg1 .7Cu高强高韧铝合金沉积坯件 ,研究了喷射成形制备过程中各工艺参数对沉积坯件的成形性、显微组织、致密度的影响 ,确定了适当的工艺参数 ,研究了沉积坯件的热挤压及热处理工艺 ,对材料的组织进行了分析并对不同状态的材料性能进行了比较。研究结果表明 :当喷射成形工艺参数合理时 ,沉积坯件具有良好的成形性与致密度 ,在随后的热挤压过程中 ,通过较低的挤压比即可使材料达到全致密 ;通过对合金进行适当的热处理 ,材料的极限抗拉强度达到 810MPa ,同时延伸率保持在 8%～ 11% ,该材料是一种理想的轻质高强结构材料。

喷射成形制备Al-Zn-Mg-Cu系高强高韧铝合金的研究

采用喷射成形技术制备了Al Zn Mg Cu系高强高韧铝合金 ,对喷射成形工艺参数进行了优化 ,对沉积坯件的热挤压工艺、热处理工艺进行了探索 ,对材料的组织进行了分析并对不同状态的材料性能进行了比较。结果表明 :当喷射成形工艺参数合理时 ,沉积坯件具有良好的成形性与致密度 ,在随后的热挤压过程中 ,通过较低的挤压比即可使材料达到全致密 ;沉积坯件热挤压温度的降低有利于使材料获得更高的力学性能 ;同时 ,通过对合金热处理的优化 ,可以获得加工和使用性能更加优良的Al Zn Mg

喷射成形过共晶Al-Si合金的研究

用喷射成形技术制备了过共晶Ａｌ－Ｓｉ合金沉积坯，对原始态、沉积态和挤压态的微观组织进行了观察和分析，讨论了淬火温度对沉积态组织的影响，探索了喷射成形合金后续致密化的工艺及合适的工艺参数。

残余热应力对Si_3N_4/金属钎焊接头性能的影响

利用Ｘ射线衍射微区应力测定及剪切断裂实验方法研究了Ｓｉ３Ｎ４／金属钎焊接头中的残余热应力分布，分析和讨论了残余热应力对接头断裂形式及强度的影响。结果表明，在Ｓｉ３Ｎ４／金属钎焊接头中由于残余热应力的作用，使断裂常常发生在Ｓｉ３Ｎ４一侧。本实验通过选用热膨胀系数与Ｓｉ３Ｎ４相近的金属进行钎焊，结果可以有效地降低接头中的残余热应力，提高接头强度。另外，钎焊界面上Ｃｕ应力缓解层的加入也有利于使接头中残余热应力进一步降低。

添加剂对离心SHS陶瓷复合钢管组织结构和性能的影响

针对Al Fe2 O3 体系 ,研究了ZrSiO4 和TiO2 添加剂对离心SHS陶瓷复合钢管组织结构和性能的影响。添加ZrSiO4 时 ,没有致密化作用 ,陶瓷层主要由α Al2 O3 ,FeAl2 O4 和很少量的m ZrO2 等相构成 ,其结合强度随着ZrSiO4 量的增加而下降 ,而后又有一定程度的提高 ,分解出的ZrO2 对陶瓷基体有微裂纹韧化作用。当添加TiO2 时 ,致密化作用好 ,在TiO2 添加量为 10 %时 ,陶瓷层的孔隙率下降了 42 %。陶瓷层主要由α Al2 O3 ,FeAl2 O4和极少量的Fe4 (TiO4 ) 3 等相构成 ,其结合强度随着TiO2 量的增多有较大幅度提高。TiO2 促进烧结 ,提高了Al2 O3的致密度和强度 ,减小了Al2 O3 的热裂倾向。

激光熔覆(WC+W_2C)_p/Ni基合金复合涂层的微观结构特征

运用XRD、SEM及显微硬度试验等手段研究了激光熔覆Co包铸造(WC+W2C)p增强Ni基合金复合涂层的微观组织特征,分析了Co包铸态(WC+W2C)p在激光熔覆过程中的冶金行为.研究结果表明:在激光熔覆过程中,(WC+W2C)p的Co包覆层完全熔化,(WC+W2C)p本身也发生部分溶解,其稳定性随W2C/WC比增大而降低;当熔池凝固时,(WC+W2C)p在涂层中的分布主要受激光熔池中存在的强烈对流和颗粒/凝固前沿相互作用所控制;依赖于局部成分,涂层中形成变成分的η1-M6C(M=Co、W、Ni)型碳化物,优先分布在(WC+W2C)p表面;涂层基体的典型组织由分布在γ-Ni+M23C6为主加硼化物Ni4B3、Ni3B和碳化物M7C3的伪多元共晶中的η1-M6C组成.

不锈钢表面激光熔覆镍基合金层研究

采用多层多道搭接的激光熔覆方法在0Cr18Ni10Ti不锈钢表面上分别熔覆两种镍基合金涂层。1#合金涂层的硬度在HRC34左右,无开裂;2#合金涂层的硬度在HRC47左右,易开裂。采用硬度较低的1#合金涂层作为过渡层成功解决了2#合金涂层的开裂问题,成功制备出大面积较厚涂层。经光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及能谱(EDS)分析可知,大面积熔覆层的表层主要由γ-Ni枝晶、块状γ-Ni和M12C型碳化物增强相组成。显微硬度测试表明,表层平均硬度达HV0.2583,自熔覆层表层至基体,显微硬度逐渐降低。

激光熔覆沉积制备多层316L不锈钢-Stellite31合金梯度功能材料

采用激光熔覆沉积方法,在送粉时通过原位混合316L不锈钢和Stellite31合金两种粉末并改变两种粉末的比例,直接制备出316L不锈钢-Stellite31梯度功能材料。沿梯度方向对所制材料的成分、组织、硬度进行了分析测试。结果表明,激光熔覆沉积实现了不同比例316L不锈钢和Stellite31合金的原位均匀合金化,所制备梯度功能材料沿梯度变化方向的微观组织、成分及硬度呈连续变化。