MAX相增强金属基复合材料的研究现状及应用

Mn+1AXn(简称MAX)为一种三元层状材料,当其作为金属基复合材料的增强项时,可使复合材料具有优异的力学性能和摩擦学性能,拓展了金属基复合材料的种类和应用范围。本文对MAX相的应用与性能进行了介绍,总结了MAX相增强金属基复合材料的界面对复合材料导电性和力学性能的影响,并对MAX增强金属基复合材料的摩擦学行为进行了综述,同时总结了MAX相作为增强相在协同摩擦、单相摩擦和高温摩擦中的磨损机理。最后对MAX相未来研究方向进行了展望。

SiC体积分数和热处理对SiC/2024Al复合材料性能的影响

采用直接电热粉末半固态触变成形法制备Si C不同体积分数(10vol%、20vol%、30vol%、40vol%)的Si C/2024Al复合材料。利用扫描电镜观察复合材料的微观组织,通过检测其物理性能和力学性能,获得Si C体积含量和热处理对Si C/2024Al复合材料组织与性能的影响规律。结果显示:随着Si C体积含量的增大,复合材料的组织出现了程度不一的Si C颗粒团聚,使材料的致密度下降;经过T6热处理后,Si C/2024Al复合材料抗拉强度在20vol%时达到最大值(505 MPa),比完全退火态提高了68.3%;布氏硬度在40vol%达到最大值(244 HB),比完全退火态提高了41.0%。

Ti2SnC质量分数对铜基复合材料显微组织及性能的影响

为了制备强度高导电性能优异的铜基复合材料,以三元层状导电陶瓷Ti2SnC作为增强相,通过直热法粉末烧结技术制备Ti2SnC/Cu复合材料。研究了在烧结温度800℃、成型压力45MPa、保温时间30min、真空度50Pa的成型条件下,质量分数分别为0、5%、8%、10%的Ti2SnC增强相对复合材料的显微结构、硬度、抗拉强度、抗冲击韧性和导电率等性能的影响。结果表明:Ti2SnC的质量分数为5%时,综合性能最优,致密度和导电率分别达到94%、39%IACS,抗拉强度248MPa,硬度为88.7HBS,可适用于受电弓滑板。

Al-Ti-B晶粒细化剂的研究进展

综述了Al-Ti-B晶粒细化剂的制备方法及其特点,介绍了电磁搅拌和高能超声制备Al-Ti-B中间合金的熔体处理新技术,对快速凝固、连续流变挤压成型等细化相二次分散技术进行了对比分析,对新型Al-Ti-B-RE和Al-Ti-B-C晶粒细化剂进行了介绍。

热处理及SiC_p表面改性对60SiC_p/6061复合材料性能的影响

采用直接电热法真空触变成形工艺制备体积分数为60%的SiC_p增强6061铝基复合材料,研究了固溶-时效处理对复合材料抗弯强度及硬度等力学性能的影响,探讨了SiC_p表面改性对复合材料微观组织和热膨胀性能的影响。研究表明,复合材料在530℃×11h固溶、175℃×15h时效工艺下,获得最高的硬度和抗弯强度;高温氧化和搅拌酸洗能使SiC_p尖角产生钝化,提高增强颗粒在基体中分布的均匀性,使SiC_p与铝基界面结合得到改善,孔隙率减少,抗弯强度提高,热膨胀系数提高,且酸洗态性能优于相应氧化态性能。

SiC_(p)表面化学镀Cu对Al基复合材料组织和性能的影响

采用化学镀覆的方法对SiC_(p)表面进行镀Cu处理,以2024铝合金为基体,通过直热法粉末触变成形工艺制备了SiC_(p)体积分数为60%的Al基复合材料,研究了Cu镀层对复合材料显微组织、相组成、断裂行为、抗弯强度和热膨胀系数的影响。研究发现,SiC_(p)经过镀Cu处理后,复合材料的组织由AlCu、Al_(2)Cu为主的金属间化合物组成,对复合材料的性质和性能产生了较大影响。新相AlCu、Al_(2)Cu的出现,显著降低了复合材料的热膨胀系数。与未镀Cu的SiC_(p)/2024Al复合材料相比,镀Cu后复合材料的致密度为99.15%,提高了1.57%;热膨胀系数为5.73×10^(-6) K^(-1),降低了32.4%;抗弯强度为283 MPa,降低了10.2%。

多元合金等温凝固相场法模拟

利用由二元合金相场模型扩展获得的多元合金相场模型,以Fe-C-P合金为例,研究界面厚度对枝晶生长的影响.结果表明,随着界面厚度的减小,枝晶生长速度增大,界面推进速度提高,主枝晶臂变细,二次枝晶臂越发达,固液界面溶质扩散层的厚度减小,界面前沿溶质分配系数增大,而界面前沿溶质偏析程度也相应增大;相反,随着界面厚度的增加枝晶尖端生长速度逐渐减小,并呈收敛的趋势.

PF-LBM模型模拟强迫对流对二元合金枝晶生长的影响

建立一个耦合格子玻尔兹曼方法(LBM)与相场法的二维模型,以Al-Cu二元合金为例对强制对流作用下合金凝固过程中的枝晶生长行为进行模拟.研究流动速度和各向异性系数对金属凝固过程中枝晶生长的影响.结果表明:对流对枝晶形貌影响很大,上游枝晶的枝晶臂最长,下游枝晶臂最短,整个枝晶呈现非对称形貌;对流速度越大,上游枝晶生长越快,流速增大会产生涡流,使下游枝晶也生长加速;各向异性系数越大,主枝枝晶臂越瘦长,流场存在会增强各向异性强度对凝固过程枝晶生长的影响.

多元合金多晶粒枝晶生长的相场模型

基于多元合金多晶粒生长的等温相场模型,耦合温度场,提出一个新的相场模型.利用这个模型,以Al-Cu-Mg三元合金为例模拟多元合金凝固过程中多个晶粒的枝晶生长过程.结果表明,这个模型的计算结果展现了多个晶粒枝晶的竞争生长;在模拟中可以展现合金凝固中潜热的释放;能较真实地再现凝固过程中的枝晶生长过程.

强迫层流环境下多晶粒生长的相场法模拟

将模拟流场所用的Lattice Boltzmann方法(简称LBM)和模拟枝晶生长的相场模型进行耦合,模拟Al-Cu合金等温凝固过程中多晶粒在纯扩散和存在对流情况下枝晶的生长状况.模拟结果显示:在枝晶的生长初期,无论是纯扩散还是存在对流,各晶粒间间距较大,无相互影响,独立生长;纯扩散条件下枝晶呈现明显的对称性,强迫层流作用下,由于对流的存在,上游侧枝晶比下游侧枝晶发达;随着枝晶慢慢长大,各晶粒相互影响,产生竞争生长,导致枝晶生长产生不对称性;流速的大小会影响枝晶的生长形貌,流速越大,枝晶生长越快,非对称性越严重,下游越易产生涡流.

基于多相场模型的二元合金共晶层片生长方式数值模拟

基于界面场的多相场模型,模拟研究有机合金CBr4-C2Cl6的层片形貌以及初始层片间距和初始过冷度对其形貌的影响.模拟结果表明:随着初始层片间距增大,共晶层片生长方式依次呈现以下形态:规则形态、低对称性震荡、更低对称性震荡、形核及分叉;在等温凝固条件下,初始过冷度越高,共晶层片生长形态越不稳定.

多元合金多晶粒的枝晶生长非等温相场模拟

基于多元合金多晶粒生长的等温相场模型,耦合温度场,发展一个新的非等温枝晶生长相场模型。利用该模型,以Al-Cu-Mg三元合金为例,模拟多元合金凝固过程中多个晶粒枝晶生长过程。结果表明,该型计算结果展现了多个晶粒枝晶的竞争生长,能较真实再现凝固过程中的枝晶生长过程;展示凝固潜热的释放;在枝晶中,先凝固部分温度要低于后凝固部分;过冷度越大,凝固速度越快。

合金化温度对Al-5Ti-1B组织及细化效果的影响

分别采用氟盐法和替代法制得Al-5Ti-1B中间合金线材。运用OM、XRD、SEM和EDS等方法研究了合金化温度对Al-5Ti-1B中间合金组织以及细化效果的影响。结果表明,合金化温度在750~850℃之间时,两种方法制得的Al-5Ti-1B组织中TiAl3相的平均尺寸随温度的升高均呈先增大后减小的趋势。两种方法制备的中间合金中尺寸小于20μm的TiAl3数量随着合金化温度的升高均呈先减后增的趋势,都在800℃时达到最少,分别为57.83%和47.3%。就细化效果而言,在合金化温度为800℃时,两种方法制得的中间合金的细化效果最好,细化后铝晶粒数目分别为48.67个/mm^2和52.71个/mm^2。

二元合金多晶粒的枝晶生长的等温相场模型

基于Ginzburg-Landau理论和单晶粒的枝晶生长模型,发展了一个单相场控制的多个晶粒的枝晶生长模型.采用相场和溶质场耦合的方法,以Al-2%Cu合金为例模拟了二元合金等温凝固过程中多个晶粒的生长过程.结果表明,这个模型的计算结果展现了多个晶粒枝晶的竞争生长,能较真实的再现凝固过程中的枝晶的生长过程.