粉末冶金法制备铝基复合材料的研究

论述了铝基复合材料研究和发展的概况,简要介绍了非连续增强铝基复合材料常用的几种制备方法,包括挤压铸造法、原位反应法、搅拌铸造法和粉末冶金法等,并重点针对粉末冶金法做了系统的阐述,包括这种方法的优势、具体的制备工艺、材料性能的影响因素及研究进展等。最后,展望了粉末冶金法进一步用于制备非连续增强铝基复合材料的前景。

镁基复合材料界面研究

综述了近年来不同增强相增强的镁基复合材料的界面微观结构及界面对该复合材料性能的影响,并对该复合材料的界面研究方法进行介绍。

加载热循环对Mg_2B_2O_(5w)/AZ31B复合材料塑性的影响

对35%(体积分数)的Mg2B2O5w/AZ31复合材料分别在外加应力为7、14、21和42 MPa时进行加载热循环实验,研究其蠕变行为。结果表明:加载热循环分为初始蠕变阶段、稳定蠕变阶段和失稳变形阶段;外加载荷为42 MPa时,热循环由稳定蠕变阶段迅速进入失稳变形阶段;当外加载荷为21 MPa时,应变速率的急剧变化对累积残余应变影响较小;热循环滞后环倾角随外加载荷的增大而减小;Mg2B2O5w/AZ31复合材料的外加载荷越低,应变速率敏感指数越高,而在400℃的高温蠕变虽也呈现超塑性行为,但应变速率比加载热循环大幅下降。在加载热循环过程中,300℃时基体中的平均内应力接近于零,热循环残余应变的产生主要发生在热循环的高温阶段。

球磨工艺对粉末热挤压制备铝基复合材料力学性能的影响

采用粉末热挤压工艺制备体积分数10%的硼酸镁晶须增强铝基复合材料,研究球磨工艺参数即球磨速度、球磨时间对晶须分布均匀性及复合材料力学性能的影响.结果表明:球磨速度和球磨时间是影响铝基复合材料力学性能的重要因素,球磨速度过快不利于后期材料的热挤压成形,随着球磨时间的延长,晶须的折断现象严重.球磨速度150r/min、球磨时间10h、挤压比25∶1的条件下制备的挤压态复合材料硼酸镁晶须分布均匀,材料的抗拉强度为230MPa,延伸率7%.

挤压比对粉末热挤压制备铝基复合材料组织和力学性能的影响

采用粉末热挤压法制备硼酸镁晶须增强铝基复合材料,研究不同挤压比对挤压态复合材料微观组织和性能的影响。结果表明:随着挤压比的增加,硼酸镁晶须的排布取向逐渐趋向于材料的热挤压方向,晶须长径比有所减小,挤压比为25:1时,材料力学性能达到最佳值,屈服强度、极限拉伸强度及伸长率分别为113.5 MPa、230MPa和7.0%;拉伸强度(UTS)相比挤压态的6061铝合金和挤压比为9:1的复合材料分别提高了37%和25%;拉伸断口分析表明,材料的失效形式以6061Al基体的韧性断裂、晶须与基体间的脱粘以及晶须团聚体的脆性开裂3种形式为主。

团簇对粉末热挤压铝基复合材料力学性能的影响

为明确晶须团簇行为对材料力学性能的影响,采用粉末热挤压法制备了硼酸镁晶须增强铝基复合材料,对不同含量的晶须增强铝基复合材料进行了力学性能测试,并基于载荷传递模式提出相应的模型对材料强度进行预测.结果表明:随着硼酸镁晶须含量的增加,团簇加剧;当晶须体积分数大于10%时,材料力学性能降低;提出的模型考虑了团簇因素,成功预测了复合材料的实验强度.

加载热循环对Mg_2B_2O_5w/AZ31B复合材料强度的影响

对Mg2B2O5w/AZ31B复合材料不同循环条件下的试样进行了室温拉伸试验。结果表明,随循环最高温度的增加,该复合材料的抗拉强度先增大后减小,到达一定温度后又开始增大,最高循环温度对复合材料的影响要远大于循环区间温差ΔT;随循环次数增加,该复合材料的抗拉强度先增大后减小;AZ31B镁合金和Mg2B2O5w/AZ31B复合材料在80次加载热循环后抗拉强度都提高,但屈强比都下降,且复合材料的变化幅度较大。

热挤压对Mg_2B_2O_(5w)/6061Al复合材料组织及性能的影响

利用搅拌铸造法制备了体积分数为2%的Mg2B2O5w/6061Al复合材料,对复合材料进行热挤压试验,研究了复合材料热挤压变形前后的显微组织及力学性能。结果表明:热挤压变形后,材料内部显微孔洞等铸造缺陷明显消除,组织沿挤压方向流线排列并呈现出明显的带状特征,晶须分布更加均匀且沿挤压方向排布;复合材料的强度和塑性显著提高;热挤压变形有利于改善晶须与基体合金的界面结合,从而提高了材料的力学性能。

Mg及Mg-Sn合金的显微组织和力学性能

采用光学显微镜、扫描电镜、EDX分析及XRD分析研究了铸态Mg-xSn(x=2,4)合金的显微组织和物相组成。采用万能试验机、布氏硬度计测试了合金的拉伸性能和硬度。结果表明,Sn的加入使纯镁铸态组织由粗大的等轴晶转变为树枝晶,晶粒得到明显细化,并且随Sn含量的增加细化效果越加明显。组织中同时形成了硬度高、热稳定性好的相Mg2Sn。随着Sn含量的增加,合金的硬度与抗拉强度均有明显提升。

热处理对粉末热挤压法制备6061铝合金强度和塑性的影响

研究了单级固溶及峰值时效处理对粉末热挤压法制备6061铝合金显微组织及室温力学性能的影响,观察了合金挤压态、固溶态及时效处理后的显微组织,并对其力学性能进行了测试.结果表明:挤压态材料的晶粒均匀细小,基体合金中存在大量的第二相颗粒,主要为Mg2Si相;热挤压后的6061铝合金经固溶时效处理(530℃×1 h水冷+170℃×6 h)后,晶粒内部析出大量的β″(Mg5Si6)相,并伴有少量棒状的β'(Mg2Si)相析出,拉伸强度和延伸率分别为311 MPa和10%,相比挤压态铝合金,其拉伸强度提高了近160%.

超声波处理对6061铝合金晶粒大小的影响

分别在745～715℃、715～685℃和685～655℃温度段,研究了超声处理对6061铝合金晶粒尺寸大小的影响。结果表明:铸态6061铝合金微观组织对超声波振动很敏感。超声处理后,随着温度降低,铸锭晶粒尺寸减小,晶粒圆整度更好,微观组织得到明显地改善。其中,在温度段685～655℃施加超声振动后,晶粒细化效果最佳,与未施加超声振动时相比,平均晶粒尺寸减小近50%。

热处理对Mg_2B_2O_(5w)/6061Al复合材料组织和性能的影响

研究了单级固溶及峰值时效处理对粉末热挤压法制备5 vol%Mg2B2O5w/6061Al复合材料组织和力学性能的影响。结果表明:经粉末热挤压制备的材料,晶须分布相对均匀,但长径比显著降低,材料主要由α(Al)、Mg2B2O5w和Mg2Si相为主;热挤压态复合材料经固溶时效(510℃×1 h+160℃×9 h)处理后,晶粒内部析出大量的β'相;拉伸强度、屈服强度和伸长率分别为357.6 MPa、205 MPa和8.77%,相比挤压态复合材料,拉伸强度和屈服强度分别提高了81%和78%;拉伸断口分析表明,材料的失效形式以基体的韧性断裂和晶须团聚体的脆性开裂为主。

SiC_p/6061铝基复合材料的高温蠕变行为

采用搅拌铸造法制备了体积分数为6%的SiCp/6061复合材料。通过高温蠕变试验、金相观察(OM)、断口形貌扫描(SEM)及能谱分析(EDS),研究其不同温度下的蠕变性能并分析蠕变断裂机制。结果表明:温度对SiCp/6061铝基复合材料的高温蠕变性能有很显著的影响,温度越高,蠕变性能越差;在250℃、80 MPa的应力下,SiCp/6061铝基复合材料的蠕变寿命约为14 h,而6061铝合金经280 min即发生断裂。由此可以认为,SiCp/6061铝基复合材料比基体合金具有更好的抗高温蠕变能力;复合材料的蠕变断裂机制是首先沿SiCp/Al界面产生塑性撕裂的裂纹源,微裂纹沿晶界扩展,最终发生断裂。