铜-石墨复合材料的摩擦学性能和磨损机理

采用机械合金化后冷压成型和放电等离子烧结两种不同工艺分别制备铜-石墨复合材料,在销盘式实验机上进行材料的摩擦实验,并通过扫描电镜、X射线光电子能谱仪(XPS)分析摩擦表面的形貌和化学性质。结果表明:随着石墨含量的增加,复合材料的摩擦系数与磨损率显著下降;随烧结温度的升高,摩擦系数与磨损率都呈下降趋势。摩擦系数与磨损率的显著改善是由于在磨损过程中形成一层覆盖表面的润滑膜。当形成的润滑膜几乎覆盖住整个磨损表面时,该润滑膜能够抑制滑动界面处金属与金属接触,使摩擦磨损特性得以改善。

碳纤维增强铜基复合材料的制备与表征

采用电镀工艺,使碳纤维表面形成铜镀层。利用机械合金化法得到铜石墨复合粉末,通过真空热压烧结技术制备碳纤维增强铜基复合材料。观察该复合材料的组织形貌。测定相组成,测量显微硬度与密度。结果表明,镀铜碳纤维的加入有利于石墨铜基复合材料的组织致密化,可将该复合材料的相对密度由74%提高到91%,显微硬度由31.0 HV提高至38.7 HV。当镀铜碳纤维质量分数为10%时,由于碳纤维的偏聚,其基体的显微硬度略有降低。

高性能软磁材料的研究进展

综述了软磁材料的研究现状,以及作者近年来在非晶、纳米晶以及软磁复合材料等高性能软磁材料方面的研究进展。基于放电等离子烧结技术,进行了Fe基非晶软磁材料的大尺寸工程化制备研究,成功制备致密大尺寸具有优异软磁性能的Fe76Si9B10P5非晶磁环。通过放电等离子烧结的加热速率控制放电脉冲强度,在低于Fe76Si9B10P5非晶玻璃转变温度以下,一步法实现Fe76Si9B10P5非晶合金的块体致密化与纳米晶化,实验结果表明,大的SPS脉冲电流促进纳米晶化形核过程,使晶化后的晶粒更加细小均匀。重点介绍了微胞结构软磁复合材料的制备原理、结构特点以及优异的电磁性能。最后展望了高性能软磁材料的应用前景以及重要研究方向。

Ti_3SiC_2增强铝基复合材料的摩擦磨损特性研究

通过机械合金化制备出了Ti3SiC2粉体,真空热处理对机械合金化粉体进行了提纯,采用脉冲放电等离子烧结(SPS)技术制备出了Ti3SiC2/Al复合材料,并对该复合材料进行了组织观察和摩擦磨损特性的表征。研究结果表明,采用机械合金化技术可以将Ti,Si和C单质粉体合成Ti3SiC2,机械合金化合成Ti3SiC2粉体中含有的TiC杂质相可通过真空热处理去除,当热处理温度为1 000℃时,可将Ti3SiC2的纯度提高至99.1%。在550℃时,采用SPS技术烧结的Ti3SiC2/Al复合材料组织均匀摩擦磨损特性优良,其中含5 vol%Ti3SiC2的复合材料摩擦系数较低且耐磨性较好。

机械活化-放电等离子烧结制备Ti_3AlC_2块体材料

将Ti、Al、C单质粉体作为实验原料,利用机械合金化和放电等离子烧结技术制备Ti3AlC2块体材料。研究烧结温度和保温时间对块体相组成及性能的影响。研究表明:粉体经过机械活化作用,反应活性增加,Ti-Al-C体系的自由能得到提高,为后续的放电等离子烧结做了基础;在温度为1050℃（保温时间5 min）时进行块体烧结,所得块体中Ti3AlC2的含量为98.5wt%,随着保温时间的延长（1020 min）,块体中Ti3AlC2的纯度得到提升（>99wt%）,相对密度也随之增加,但显微硬度下降。

聚丙烯/硅藻土复合材料性能研究

采用铝酸酯偶联剂对硅藻土进行表面改性,以不同含量的硅藻土与聚丙烯(PP)熔融共混,并加入一定量NaCl,制备PP/硅藻土复合材料,研究铝酸酯偶联剂对硅藻土的改性效果,分析不同硅藻土含量对PP/硅藻土复合材料的组织形貌及吸声系数和压缩性能的影响。结果表明,铝酸酯偶联剂对硅藻土改性效果明显,随着硅藻土含量的增加,复合材料的吸声性能和压缩强度逐渐增大,并在硅藻土含量为30份时吸声系数最佳,最大达0.68;硅藻土含量为40份时压缩强度达到12.66MPa;随着NaCl含量的增加吸声系数有一定改善,当NaCl含量为PP的20%时吸声系数最大达0.78。

机械合金化-低温烧结Ti_3SiC_2导电陶瓷材料

采用化学计量比为3Ti/Si/2C的单质粉体为反应原料,通过机械合金化工艺和热处理制备高纯度的Ti3Si C2陶瓷粉体,研究了热处理温度对提高机械合金化混合粉体中Ti3Si C2纯度的影响。研究表明：在球磨转速400 r/min,球磨时间10 h的条件下,合成以Ti3Si C2为主相的混合粉体,其中Ti3Si C2含量为75.5vol%,同时出现表面灰黑色且坚硬的不规则块体,成分与球磨粉体相似。在热处理温度为850~1000℃范围内,混合粉体中Ti3Si C2的含量随着热处理温度的升高而提高,当热处理温度为1000℃时,计算粉体中Ti3Si C2的含量高达98.5vol%。

搅拌摩擦加工制备Al6061/SiC复合材料的耐蚀性研究

目的利用搅拌摩擦加工技术制备纳米SiC铝基复合材料,研究经过纳米粒子的添加和FSP作用后,其耐腐蚀性能的变化及原因。方法室温条件下,在3.5%NaCl溶液中,通过电化学阻抗谱和动电位极化曲线对试样的耐腐蚀性能进行检测分析。利用电子背散射衍射技术和透射电镜对3种试样的显微组织进行表征,研究耐腐蚀性能的变化机理。结果经搅拌摩擦加工后,样品的阻抗值明显提高,动电位极化曲线测试结果显示,母材、FSP试样和复合材料试样的自腐蚀电位分别为–1.517、–1.338、–1.339V,而腐蚀电流密度分别为0.48、0.11、0.12 m A/cm^(2)。FSP加工试样的晶粒由平均晶粒尺寸为8.7μm左右的等轴晶粒构成,并且大部分析出相因高温作用发生溶解,而纳米SiC粒子的加入,使晶粒尺寸进一步降低至4.1μm左右。结论所制备Al6061/SiC复合材料的耐腐蚀性能相较于母材明显改善,但弱于FSP试样。SiC和基体之间电位差的存在构成腐蚀微电池,降低材料的耐腐蚀性能,而晶界数量的增加造成点阵空位等缺陷增加,导致电荷转移的阻力增加,耐腐蚀性能得到改善。

放电等离子烧结制备TiC/双相不锈钢复合材料的致密性及显微组织

采用放电等离子烧结(SPS)方法,制备了Ti C/铁素体奥氏体双相不锈钢复合材料。通过密度仪、XRD、SEM和EDS等技术,研究了Ti C含量和烧结温度对Ti C/双相不锈钢复合材料致密性和显微组织的影响。结果表明:采用SPS方法能在较低温烧结温度下获得高致密度的Ti C/双相不锈钢复合材料,且其相对密度随着Ti C含量的升高或烧结温度的降低而减小。在850~950℃烧结温度区间,有碳化物沿晶界析出,通过高温热处理能使有害碳化物回溶,同时有利于Ti C颗粒与不锈钢基体界面的进一步结合。

溶胶凝胶包覆放电等离子烧结制备Fe-6.5Si/MgO微胞软磁复合材料

采用溶胶凝胶法在Fe-6.5Si颗粒表面包覆了一层MgO绝缘壳层,并通过放电等离子技术(SPS)制备了Fe-6.5Si/MgO微胞软磁复合材料。经SPS烧结后制得的复合材料具有优异的软磁性能及力学性能,Fe-6.5Si/MgO复合材料的电阻率较Fe-6.5Si原始粉末提高了30倍,饱和磁感应强度Bs=1.498T;MgO颗粒形成了3D空间结构,使Fe-6.5Si/MgO软磁复合材料具有较高的弹性模量和抗压强度,抗压强度最高达1 075 MPa。

3D打印工艺参数对TC4牙植体材料耐蚀性能的研究

探讨了3D打印激光功率和扫描速度两个参数在模拟口腔pH值的条件下对种植牙材料TC4钛合金(Ti-6A1-4V)耐蚀性的影响。结果表明:当激光功率不变时,钛合金种植牙的耐蚀性随扫描速度的增加而降低;当扫描速度不变时,钛合金种植牙的耐蚀性随着激光功率的增加而降低。激光功率设在175、225、275 W时,钛合金种植牙的耐蚀性随扫描速度的增加而降低。当扫描速度设定在900、1000、1100 mm/s时,钛合金种植牙的耐蚀性随激光功率的增加而降低。得到的最佳3D打印工艺参数为激光功率175 W、扫描速度900 mm/s。

导热改性碳纤维增强聚合物复合材料的力-热特性

借助钉扎的方法制备了一种掺杂铜柱的三相碳纤维增强聚合物复合材料,以提高其厚度方向的导热性能。在传统混合定律模型的基础上,考虑钉扎铜柱的特征长度与排布形式的影响,提出了一种改进的理论模型来预报该新型三相复合材料的导热性能,并探讨了导热改性对其力学性能的影响。结果表明,改进的理论预报模型对这种三相复合材料导热性能的预报更为准确,尤其是在钉扎铜柱体积分数较小时。在研究范围内,这种钉扎方法导热改性效果明显,力-热综合性能较好。复合材料导热性能随着钉扎铜柱体积分数的提高而增加,且增加速率不断提高,这主要源于铜柱间热影响区的产生;复合材料拉伸性能及层间剪切性能随着钉扎铜柱体积分数的增加而降低,且降低速率不断减小。当钉扎铜柱体积分数相同时,钉扎铜柱的特征长度与排布形式对复合材料导热性能与拉伸性能及层间剪切性能的影响不大。材料失效主要以钉扎孔位置挤压开裂破坏占主导,钉扎体与基体界面间的自然连接性能较弱,预计通过金属镀铜法加以改善,并可进一步提升复合材料力-热一体化特性。

CeO2/ZrO2-Y2O3纳米结构热障涂层的制备与高温性能

将纳米ZrO_2-8wt%Y_2O_3和纳米ZrO_2-8wt%Y_2O_3中掺杂25wt%纳米CeO_2(CeO_2/ZrO_2-8wt%Y_2O_3)的两种粉末进行团聚处理,用等离子喷涂方法在GH30高温合金表面分别制备了两种材料热障涂层.用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪对掺杂了25wt%纳米CeO_2的团聚体粉末和涂层的微观组织结构进行分析研究,测试比较了两种涂层在900、1100和1300℃时的热震性能,并试验了两种涂层在1050℃、保温100h后的抗氧化能力.结果表明,纳米粉末经团聚处理后为多孔的球形结构,掺杂纳米CeO_2涂层组成相为稳定的t相(t-ZrO_2、t-Zr_(0.82)Y_(0.18)O_(1.91)、t-Zr_(0.82)Ce_(0.18)O_2)和c相(c-CeO_2),并保持纳米组织结构,平均晶粒尺寸为45nm,其抗热震性能和氧化性能要高于纳米ZrO_2-8wt%Y_2O_3涂层.

SiC纳米颗粒对6060型铝合金微弧氧化膜组织结构及耐蚀性能的影响

为提高铝合金表面微弧氧化膜的耐蚀性,通过向电解液中添加SiC纳米颗粒的方式,成功获得了含有SiC纳米颗粒的复合微弧氧化膜层。采用D-MAXIIA型X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)和金相定量分析光学显微镜分别对陶瓷膜的相组成、微观组织结构及膜层厚度进行了检测分析;采用AutoLAB-PGSTAT302型电化学工作站对制备的微弧氧化膜进行极化曲线和交流阻抗谱的测定。结果表明:SiC颗粒在复合微弧氧化膜层中的含量随着氧化时间的增加而逐渐增加;添加SiC纳米颗粒后微弧氧化膜的厚度没有明显变化;与未添加SiC纳米颗粒的微弧氧化膜层相比,其耐蚀性明显提高。

H62黄铜搅拌摩擦焊接头微观结构及性能

对6 mm厚度的H62黄铜搅拌摩擦焊(FSW)焊缝的微观组织、力学性能进行了研究,测试并比较了焊缝和母材金属的动电位和电阻率在热-力作用下的变化.结果表明,焊缝金属经热和机械力的作用后,焊核区、热力影响区和热影响区的平均晶粒尺寸较母材的35.6μm均有细化,依次为3.8,22.2,30.6μm,反应在力学性能上焊核区硬度最高,拉伸断裂发生在硬度较低的前进侧,在微观断口中存在大量尺寸不均的网状韧窝;焊缝的腐蚀电位较母材有所提高,腐蚀电流密度降低,电阻率高于母材.

添加剂对纳米晶铜膜微观结构及纳米压痕性能的影响

采用电刷镀技术制备不同晶粒尺寸的纳米晶铜膜。利用透射电子显微镜分析电刷镀纳米晶铜膜的微观结构,计算晶粒尺寸范围;利用UNMT-1型纳米力学综合测试系统对电刷镀纳米晶铜膜进行室温纳米压痕实验。由实验可知,添加剂对纳米晶铜膜的晶粒尺寸和压痕硬度均有较大的影响。在添加剂45g/L条件下,平均晶粒尺寸最小为32nm左右,压痕硬度为3.26GPa;在添加剂1g/L条件下,平均晶粒尺寸增大到150nm左右,压痕硬度减小为1.72GPa。

MB8镁合金高周疲劳实验研究

采用升降法对MB8镁合金室温高周疲劳行为进行实验研究。结果表明:利用升降法计算出MB8镁合金在应力比R=0.1,循环基数为107条件下的疲劳强度为90.2MPa,相当于其抗拉强度的34%左右;合金的疲劳裂纹萌生于试样表面,裂纹扩展区由小的平面状断面组成,没有明显的疲劳辉纹存在,合金疲劳断口呈现韧性断裂特征。

Ar流量对ECR-PECVD制备氢化纳米晶硅薄膜结构及性能影响研究

采用电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积(ECR-PECVD)设备制备了氢化纳米晶硅薄膜。通过Raman光谱、XRD和紫外-可见分光光度计的测试分析,研究了Ar/H2对薄膜组织结构和光学性能的影响,并对沉积腔室的等离子体环境进行了系统的诊断。实验发现:少量Ar气的通入有利于提高腔室中的电子温度,保证纳米晶硅薄膜结构的同时提高薄膜的光学带隙宽度。进一步提高Ar气的比例,薄膜明显非晶化,光学性能下降。结合薄膜生长机理和放电气体电离特性对实验结果的产生原因进行了分析。

35mm厚板铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能

采用搅拌摩擦焊双面焊工艺,对35 mm厚板6005A-T6铝合金型材进行了搅拌摩擦焊接,获得成形良好、表面光滑、无隧道孔和沟槽缺陷的焊接接头.应用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度仪及电子拉伸试验机等对搅拌摩擦焊接头组织与性能进行研究.结果表明,接头焊核区组织为细小等轴晶;前进侧出现明显的螺旋纹及清晰的结合线,热力影响区晶粒被明显拉长呈条状组织,热影响区受热晶粒粗大;后退侧未见螺旋纹,晶粒比前进侧细小,过渡区较前进侧宽.在搅拌头旋转频率为650 r/min,焊接速度为200 mm/min工艺条件下接头抗拉强度为213 MPa,达到母材强度的84.8%,断裂起始于焊缝前进侧的热影响区,扩展至双面焊接重合区时,沿着焊缝后退侧热影响区直至断裂;接头显微硬度最低值出现在前进侧热影响区,最低值为50 HV.

超级贝氏体组织中残余奥氏体的TRIP效应研究

针对超级贝氏体组织中残余奥氏体的应力诱发相变及对钢的力学性能影响,设计试验钢60Mn2Si Cr,经900℃完全奥氏体化保温30 min,在260℃盐浴炉中等温处理12 h后,将试样在疲劳试验机上进行加载试验;利用扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)、透射电镜(Transmission electron microscope,TEM)、X射线衍射仪(X-ray diffracmeter,XRD)和拉伸试验机等仪器设备对加载前后的样品,分别进行显微组织形貌观察和相组成的定性定量检测分析以及力学性能测试;结果显示,等温处理后样品的显微组织为超级贝氏体(贝氏体铁素体BF+残余奥氏体AR),残余奥氏体体积分数为9.4%,其含碳量为1.296%;经加载后试样显微组织中残余奥氏体体积分数下降至6.1%,含碳量达1.439%;钢的强塑积提高近20%。这说明等温处理获得超级贝氏体组织的钢,经施加载荷给予应力作用,显微组织中残余奥氏体发生转变,即超级贝氏体组织中的残余奥氏体能够通过相变诱发塑性(Transformation induced plasticity,TRIP)效应的产生,提高钢的力学性能。