原位铝基复合材料的制备及微观组织

提出制备原位合金化和原位反应颗粒共同强化金属基复合材料的概念,并据此制备了原位10％Cu(质量分数,下同）和5．35％α-Al2O3颗粒增强纯铝复合材料（A）以及原位10％Cu,4%Si和15.06%α-Al2O3颗粒共同增强纯铝复合材料（B）。对原位反应过程进行了热力学分析。SEM观察和EDS分析显示,A和B中的原位反应分别生成了合金元素Cu、Cu Si以及Al2O3;原位Al2O3颗粒直径小于0.5μm,在材料中均匀分布。TEM观测显示Al2O3颗粒边角圆滑,与基体结合良好。探讨了原位反应的机理以及在铸造凝固过程中原位颗粒的行为。     

原位合成TiC/Al(7075)复合材料的组织及力学性能

采用原位合成法制备TiC/Al(7075)复合材料,研究原位TiC颗粒的存在形式、分布状态及不同原位TiC颗粒含量对TiC/Al(7075)复合材料的微观组织及力学性能的影响。结果显示,TiC颗粒多以近球形团聚态存在于7075铝基体中,颗粒团大小约为1μm。当原位TiC颗粒质量分数小于6%时,原位TiC颗粒分布较为均匀,随着颗粒含量的增加,TiC/Al(7075)复合材料的铸态组织由蔷薇状组织逐渐转变为等轴晶组织,晶粒尺寸也随着原位TiC颗粒含量的增加而减小。当原位TiC颗粒的质量分数大于6%时,组织中出现气孔。复合材料的硬度和抗冲击韧性测试表明,TiC/Al(7075)复合材料的硬度随TiC颗粒含量的增加而增加,最高硬度达HB 108,冲击韧性在颗粒质量分数为6%时达到最佳,较基体提升31.55%。     

超声化学原位合成纳米Al_2O_3/6063Al复合材料组织及高温蠕变性能

为研究纳米颗粒增强铝基复合材料的高温蠕变特性,基于6063Al-Al2(SO4)3体系,采用超声化学原位合成技术,制备出不同Al2O3体积分数(5%、7%)的纳米Al2O3/6063Al复合材料,通过高温蠕变拉伸试验测试其高温蠕变性能,利用XRD、OM、SEM及TEM分析其微观形貌。结果表明:施加高能超声可显著细化增强体颗粒并提高其分布的均匀性,所生成的Al2O3增强颗粒以圆形或近六边形为主,尺寸为20~100nm;纳米Al2O3/6063Al复合材料的名义应力指数、表观激活能和门槛应力值与基体相比大幅提高,均随着增强体体积分数的增加而提高,表明纳米Al2O3/6063Al复合材料的抗蠕变性能提高;纳米Al2O3/6063Al复合材料的真应力指数为8,说明复合材料蠕变机制符合微结构不变模型,即受基体晶格扩散的控制;纳米Al2O3/6063Al复合材料的高温蠕变断口特征以脆性断裂为主,高应力下形成穿晶断裂,低应力下形成沿晶断裂和晶界孔洞;纳米Al2O3/6063Al复合材料的主要强化机制为位错强化与弥散强化。     

Al_2O_3弥散强化Cu基复合材料高温拉伸行为研究

Al2O3颗粒弥散强化铜基复合材料因具有高强度和高导电性而在电子行业和电阻焊行业有着广阔的应用前景,本文利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对内氧化法制备的Al2O3/Cu复合材料的显微组织进行了分析,并用高温电子拉伸试验机测试了其高温拉伸力学性能。结果表明,Cu 0.6%Al2O3复合材料的室温拉伸屈服强度为442MPa,600℃时屈服强度为154MPa;试验温度低于300℃,其断面收缩率为22.2%～62.0%,温度高于400℃,其断面收缩率为4.5%～9.1%,呈现出明显的高温脆性。对其拉伸断口形貌和断裂机理进行了初步分析。     

新型纳米Al2O3强化铜基复合材料的制备及其摩擦学性能

纳米复合材料是目前的研究热点,采用热压烧结法制备了纳米Al2O3颗粒强化铜基复合材料。采用阿基米德排水法测试了复合材料的致密度,采用硬度计测试其硬度,采用表面三维形貌仪测量其磨损体积并观察磨痕的三维形貌;采用摩擦磨损试验机研究了复合材料的摩擦磨损性能并分析其磨损机制;采用扫描电镜及能谱仪观察复合材料磨损前后的表面形貌、分析磨痕的化学成分;研究了工艺参数及Al2O3含量对复合材料性能的影响。结果表明:复合材料的最佳热压制备工艺为热压温度900℃,热压压力27.5 MPa,保温时间2 h,所得铜基复合材料的相对致密度达99.03%;随Al2O3含量增加,复合材料的硬度增加,耐磨性先升高后降低;Al2O3含量为2%时,复合材料磨损量最少,相对耐磨性为3.13,硬度较纯铜提高了35.5%;随Al2O3含量的增加,铜基复合材料的磨损机制从以黏着磨损为主转变为以磨粒磨损为主。     

原位热压合成Ti3AlC2/Al2O3复合材料的研究

以Ti,Al,Tic,TiO2粉末为原料,采用原位热压合成法制备了Ti3AlC2/Al2O3复合材料.主要考察不同Al2O3含量对复合材料性能的影响.在1 400℃,30 MPa压力,保温2 h条件下烧结制得致密的Ti3Alc2/Al2O3块体材料.采用XRD分析了不同Al2O3,含量的复合材料的相组成.用SEM观察组织结构特征.测量了维氏硬度和电导率同Al2O3含量的关系曲线.研究结果表明,A12O3,的加入可大幅度提高复合材的硬度.Ti3AlC2/25%A12O3的维氏硬度可达8.7 GPa.虽然添加Al2O3后复合材料的电导率有所下降,但Al2O3对复合材料强度和硬度的增加有显著的贡献.Ti3Al2C2/Al2O3乃不失为一种性能良好的高温结材材料.     

Al2O3弥散强化铜基复合材料的研究现状与进展

综述了Al2O3弥散强化铜基复合材料的各种制备工艺及研究进展,对内氧化法制备Al2O3弥散强化铜基复合材料进行了详细的阐述。着重分析了Al2O3弥散强化铜基复合材料发展过程中遇到的问题,并对其今后的研制方向作了进一步的展望。     

原位Al/_2O_(3P)/7075复合材料微观组织与磨损行为

采用原位反应近液相线铸造法制备具有不同质量分数的Al2O3P/7075复合材料,并对其进行干滑动磨损实验研究,通过OM,SEM,TEM等材料分析方法测试了材料的微观组织和磨损表面形貌。结果表明,原位Al2O3颗粒对7075铝合金的晶粒组织有明显细化效果,Al2O3P/7075复合材料的耐磨性比基体7075铝合金有明显的提高。原因是原位合成的复合材料界面结合良好,原位Al2O3颗粒在摩擦过程中起着抑制金属流动和支撑的双重作用。磨损表面形貌显示,原位Al2O3颗粒的加入,使磨损机制由黏着磨损变为磨粒磨损,从而改善了材料的耐磨性。     

钛铁矿原位反应合成Al_2O_3-TiC颗粒增强铁基复合材料

利用钛铁矿铝热碳热原位还原技术成功制备了Al2O3-TiC增强铁基复合材料。通过XRD,SEM和力学性能检测方法分析了钛铁矿原位合成和添加合成两种方式对Al2O3-TiC增强铁基复合材料的组织和力学性能的影响。结果表明:利用钛铁矿合成的铁基复合材料的增强相为Al2O3,MgAl2O4,TiC和Fe相,添加合成过程中会发生一些硬质相TiC被氧化的现象。钛铁矿原位合成Al2O3-TiC增强铁基复合材料的基体组织呈粗大的块条状分布;添加合成的复合材料的铁基体以块状均匀分布。制备的Al2O3-TiC增强铁基复合材料的性能比较优良。材料的最佳综合力学性能为抗弯强度937MPa,维氏硬度532。     

Al_2O_3-TiC/TiCN颗粒增强铁基复合材料的研究

利用钛铁矿原位合成的Al2O3-TiC/TiCN-Fe复合粉,通过热压工艺成功制备出了不同比例Al2O3-TiC/TiCN增强的铁基复合材料。研究了Al2O3-TiC/TiCN颗粒对铁基复合材料组织和性能的影响。XRD结果显示,在烧结过程中TiC/TiCN会发生一定程度的氧化,有Ti的中间氧化物出现。制备的Al2O3-TiC/TiCN增强的铁基复合材料的性能比较优良,材料的最高力学性能为抗弯强度1334 MPa,维氏硬度802。     

低频电磁场下原位合成Al-Zr-O系复合材料机制研究

为研究低频电磁场下铝基原位复合材料的合成机制,以A356-Zr(CO3)2反应组元制备出Al-Z-O系复合材料,在低频旋转电磁场条件下原位合成了微米级颗粒增强铝基复合材料.研究表明:当感应线圈内输入电流150A,频率4Hz时,对应磁场强度为0.25T,X射线衍射结果显示基体中增强相为Al3Zr和Al2O3;SEM观察该条件下合成的复合材料凝固组织发现,生成的增强颗粒细小,粒径1~2μm,而且在基体中均匀弥散分布.对原位反应的热力学和动力学过程分析表明:反应的关键环节是高温铝液和ZrO2固液相间反应,电磁场力作用加大了反应体系的混合对流运动,提高了传热传质和物质扩散速度,并促进了颗粒在基体中的弥散分布.     

纳米Al2O3p/Cu复合材料的制备及其性能研究

采用高能球磨法制备了纳米Al2O3p/Cu复合材料粉体,复合粉体经过压制、烧结和挤压后成为铜复合材料,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、电导仪等测试方法,研究了球磨后的复合粉体和复合材料显微结构、电导率和硬度.实验证明,粉体经过2h以上球磨后,Al2O3相逐渐消失,复合粉体为纳米晶结构,晶粒直径66～87nm.随着Al2O3粉体含量增加,铜复合材料的电导率显著下降.烧结后挤压有利于复合材料导电性能的提高.当Al2O3粉体含量1wt%、球磨6h时,烧结后重新挤压的复合材料试样电导率IACS 76%、硬度HB 83.8.     

原位TiB2/7055铝基复合材料的力学性能与阻尼性能

采用混合盐法制备了原位TiB2颗粒增强7055铝基复合材料,研究了该复合材料的力学性能和阻尼性能.结果表明:随着TiB2颗粒质量分数的增加,复合材料的屈服强度和抗拉强度提高;在阻尼测试的温度、频率范围内,复合材料的阻尼性能随着温度的提高和TiB2颗粒含量的增加而提高.复合材料的强化机制主要是位错强化和弥散强化;复合材料阻尼性能提高的主要机制是位错阻尼和界面阻尼.     

在电场中燃烧合成Al2O3-TiC-Al复合材料的结构形成机理

以3TiO2 3C (4 x)Al为反应体系,用电场激发燃烧合成技术并使用合成中形成的液态Al对产物的渗透作用,制备出致密度为92.5%的Al2O3-TiC-Al复合材料,采用燃烧波峰淬熄法研究了原位合成Al2O3-TiC-Al复合材料的结构形成机理.结果表明:电场提供的焦耳效应可提高体系的绝热燃烧温度,从而可突破该体系只能在x＜10 mol下发生SHS反应的热力学限制;在Al2O3-TiC-Al复合材料动力学过程中,首先Al粉熔融,进而加速与TiO2的反应生成Al2O3;然后Al与TiO2反应还原出Ti并与C反应生成TiC;液态Al的渗透将Al2O3和TiC颗粒粘结起来,形成致密的复合材料组织.     

铜基复合材料的研究

综述了7种制备铜基复合材料的工艺机理、特点,以及Cu/Al2O3,Cu/WC,Cu/TiB2,Cu/Ti3SiC2 4种复合材料的研究进展.内氧化法主要用于制备Cu/Al2O3复合材料,其氧含量控制困难,成本昂贵;机械合金化法可制备超细颗粒强化的铜基复合材料,具有工艺简单,成本相对较低的特点,缺点是耗能大,易混入杂质;溶胶-凝胶法可制备超细氧化铝强化的铜基复合材料,工艺过程易控制;液相反应法可用来制备性能优良的Cu/5%TiB2复合材料,基体中颗料的含量、尺寸和分布易控制;固相反应生成法产品纯度高,易获得复杂相和亚稳定相,但产品致密度不高;反应喷射沉积法制得的产品晶粒细小,无宏观偏析,颗粒分布均匀,生产工艺简单,生产效率高.最后还分析了铜基复合材料研究中存在的问题.     

高导热金属基复合材料的热物理性能

分别采用无压浸渗、气压浸渗、内氧化技术制备了高导热Al/SiC、Al/C、Cu/Al2O3复合材料.研究了增强相和界面对这三种复合材料的热导率和热膨胀系数的影响,并对这些性能进行了理论分析和数值模拟.当颗粒尺寸与界面层厚度之比固定时,颗粒尺寸对Al/SiC复合材料热导率影响很小,但界面热导率对其影响很大;Al/SiC复合材料的CTE随温度的升高而增加,随SiO2层厚度的增加而减小;碳纤维中混杂3%SiC颗粒有利于改善纤维的分布,降低Al/C复合材料的缺陷,并提高其热导率;压力加工增加了Cu/Al2O3的致密度,也提高了其热导率;可用Schapery和Kerner模型计算复合材料的热膨胀系数,用Hasselman-Johnson模型计算热导率.     

Mg对原位合成TiC-Al2O3/Al复合材料组织与耐磨性的影响

以TiO2,C,Al和Mg粉为原料,原位合成TiC-Al2O3/Al基复合材料。采用XRD和SEM及磨损实验等手段研究Mg对复合材料微观组织及耐磨性的影响。结果表明:Mg影响反应过程及第二相分布,随着Mg含量的增加耐磨性逐渐增加,当预制块中镁为1.0%(质量分数)时,第二相分布弥散、细小,其颗粒尺寸约为2μm,耐磨性最好,磨损量仅为基体的1/6,继续增大Mg含量,由于生成大量粗针状Al3Ti,复合材料的耐磨性反而降低。     

Al2O3颗粒增强聚氨酯基复合材料耐磨性研究

本文研究了Al2O3颗粒增强聚氨酯基复合材料在浆料冲蚀下的耐磨性.结果表明,复合材料的耐磨性随着Al2O3颗粒含量的增加先升高,达到一个峰值后,开始下降.在一定Al2O3颗粒含量下,复合材料的耐磨性好于纯聚氨酯弹性体.这是由于复合材料中的Al2O3颗粒硬度高,可以抵抗浆料的冲蚀磨损,保护周围和下层的基体组织.Al2O3颗粒与基体界面的结合强度对复合材料耐磨性有明显的影响.用KH550处理的复合材料的界面结合强度比用KH560处理的好,所以耐磨性更好.     

原位Al2O3/Al-Cu复合材料的制备与组织研究

采用原位反应近液相线铸造方法制备含有3.6%(质量分数)原位Al2O3颗粒的Al-6.8Cu基复合材料,在基体合金的固液两相区选择580,590,600℃和610℃进行二次加热保温实验,淬火固定其半固态组织。通过光学显微镜及透射电镜观察合金的组织结构,研究Al2O3原位颗粒对材料组织的影响。结果表明:原位Al2O3颗粒对Al-6.8Cu合金的铸态组织具有一定的细化作用,但没有明显的球化作用。在半固态二次加热过程中原位Al2O3颗粒对晶粒长大行为具有抑制作用和球化作用,与基体合金相比,在相同的二次加热条件下晶粒尺寸减小20~40μm。     

原位自生Al_2O_3-TiC_p/Al基复合材料的热力学分析

采用熔铸法制备了原位自生Al2O3-TiCp/Al基复合材料。借助差示扫描量热仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等测试技术,对Al-TiO2-C体系的热力学进行了详尽的分析,讨论了过量铝对Al-TiO2-C体系反应的影响。结果表明,通过控制反应温度等工艺参数完全可以获得原位自生Al2O3-TiCp/Al基复合材料,避免副产物Al3Ti和Al4C3的产生。Al-TiO2-C体系原位合成Al2O3-TiCp/Al基复合材料存在着复杂的化学反应。首先在无过量铝的情况下,Al与TiO2发生置换反应,生成了Al2O3和游离态[Ti],而后游离态[Ti]与C结合生成TiC;而存在过量铝的情况下,首先发生铝热反应生成Al3Ti,进而Al3Ti与C结合生成TiC。最终完全获得Al2O3-TiCp/Al复合材料。随着过量Al含量由0增加至70%,Al与TiO2反应生成Al2O3的反应起始温度不断降低。