颗粒增强镁基复合材料的研究现状

综述了颗粒增强镁基复合材料常用的基体合金,常用的增强相及其镁基复合材料的制备技术、组织和性能等,并对颗粒增强镁基复合材料的发展进行了展望.     

颗粒增强镁基复合材料专利技术综述

颗粒增强镁基复合材料凭借其优良的比强度、比刚度、耐磨性、耐高温、减震性能以及优异的阻尼性能和电磁屏蔽性能等,作为功能材料被广泛地应用在电子、航空、航天特别是汽车工业等行业中。本文主要对颗粒增强镁基复合材料专利申请中专利申请的国内外的年度变化趋势、申请人类型进行分析,并总结了颗粒增强镁基复合材料专利申请中增强颗粒类型以及其专利技术改进方向。     

颗粒增强镁基复合材料的研究现状及发展趋势

综述了颗粒增强镁基复合材料的研究概况,着重介绍了颗粒增强镁基复合材料的制备技术,界面行为和制备热力学与动力学三大研究热点,另外,对颗粒增强镁基复合材料的增强机理及常温力学性能作了简单介绍,最后,对颗粒增强镁基复合材料的研究方向进行了一些看法和展望,指出原位颗粒增强镁基复合材料的制备技术交城为制备镁基复合材料的发展趋势,镁基复合材料由于具有高的比强度,比模量和良好的耐磨性、耐高温性能和减震性能,在航空航天,特别是汽车工业具有在的应用前景和广阔的市场。     

二氧化硅加入量对AZ80A镁合金硬度及强度的影响

在熔融镁合金中加入SiO2颗粒，原位反应制备颗粒增强镁基复合材料。用SEM-EDX及衍射仪对制备的复合材料进行相分析。结果表明，SiO2颗粒与镁基复合材料中的镁发生反应，生成增强相Mg2Si，提高了镁基复合材料的硬度和强度，当SiO2加入量在8％范围内时，随着SiO2加入量的增加，镁合金的硬度和强度也相应的增加。     

颗粒增强铝基复合材料的研究现状

本文综合评述了颗粒增强铝基复合材料增强相的选择及其有关性能。着重介绍了颗粒增强铝基复合材料的各种制备工艺及特点，以及颗粒增强铝基复合材料的机械性能和物理性能，并列举了颗粒增强铝基复合材料在一些领域中的应用情况。     

高阻尼镁基复合材料研究现状

简述了镁基复合材料阻尼性能的研究现状,介绍了高阻尼镁基复合材料的位错型和界面型阻尼微观机制,分别阐述了基体成分、增强相类型和含量、基体和增强体界面、应变振幅、温度、频率和处理工艺对镁基复合材料阻尼性能的影响。简要分析了镁基复合材料阻尼设计思想,并对其发展方向进行了展望。     

含碳增强体镁基复合材料的制备和界面调控的研究现状及发展趋势

镁基复合材料具有极强的设计性,有望满足航空航天、军工产品制造以及电子封装等领域对低密度、高强度和高刚度材料的需求。但是,现在镁基复合材料的性能还有许多问题需要解决,最突出的是增强体的均匀分散和界面问题。本文综述了镁基复合材料的组成及其各自的作用,分析了制约高性能镁基复合材料的增强体分散和界面优化以及目前镁基复合材料力学性能的局限性,展望了镁基复合材料的设计新思路和发展趋势。     

镁基复合材料及其制备工艺研究现状与展望

镁及镁合金是当前最轻的金属结构材料,但由于强度、耐磨性以及耐高温能力不足,限制了其在工程领域的广泛应用。镁基复合材料是目前提高镁合金力学性能并实现工业化的重要途径之一,它在保留镁合金优点的同时可以克服上述缺点。本文根据镁基复合材料在制备过程中常见的增强相按其形式进行分类,阐述了其各自的增强机制,同时结合制备工艺与模拟研究,介绍了镁基复合材料研究现状,并对其未来发展趋势和研究方向进行了展望。     

镁基复合材料高温变形研究进展

自20世纪80年代以来,不同类型(颗粒、晶须、纤维等)的增强镁基复合材料日益增多并得到了广泛的研究。镁基复合材料可设计性较强,且具备突出的力学性能与物理性能,包括低密度、高比刚度、较低的热膨胀系数、良好的阻尼性能、优异的抗震降噪能力及优良的电磁屏蔽性能等,在航空航天、军工制造、汽车电子、建筑用材及生物医用等各领域有着巨大的发展前景,被视作在先进技术领域颇具竞争力的一种轻质金属基复合材料。然而,镁及镁合金的晶体结构为密排六方型,室温下独立的滑移系相对较少,相应地,镁及镁合金具备较差的塑性加工能力。同时,作为硬质相的增强相,与基体镁合金之间的物理化学性能相差较大,存在一定的不兼容性。增强相的添入进一步恶化了镁基复合材料的塑性加工能力,这在很大程度上限制了镁基复合材料的使用。因而,开展关于镁基复合材料在高温变形等方面的研究工作十分重要。国内外关于镁基复合材料高温变形行为方面的科研工作大部分聚焦于不同的工艺参数对高温变形行为的影响、高温变形时发生的加工硬化及动态再结晶现象、建立相应的本构模型等方面。镁基复合材料常见的高温变形方式主要有五种,分别为超塑性变形、高温压缩、热循环变形、高温蠕变及高温二次变形。研究者们针对不同的高温变形方式开展了大量的研究工作,并取得了较为显著的研究成果。其中,高温压缩由于变形工艺相对简单而得到了更为广泛深入的研究。近年来,研究者们不仅探究了不同高温变形方式对镁基复合材料微观组织与性能的影响,还探究了应变量、温度、应变速率等变形条件对镁基复合材料高温变形行为的影响,更深入地探究了镁基复合材料在高温变形过程中的微观组织演变规律与相应的变形机制,结合数值分析构建了相应的本构模型,为镁基复合材料高温变形工艺的制定与优化提供了强有力的理论支持,有助于实现对镁基复合材料微观组织与性能的有效调控。本文综述了镁基复合材料高温变形的不同类型,阐释了镁基复合材料高温变形的本构方程及软化机理,并展望了今后镁基复合材料在高温变形方面的发展方向。     

颗粒增强铝基复合材料界面性能的研究

颗粒增强铝基复合材料具有较好的比刚度、比强度、抗疲劳、耐热耐磨和辐射屏蔽等优点,广泛应用于航空航天、军工、电子和汽车等领域。在这类材料中,基体-增强体界面的结构与性能对复合材料宏观性能影响显著。综述了颗粒增强铝基复合材料主要的制备方法和应用现状,特别聚焦于界面的结构及其对复合材料宏观性能的影响方式与机制,同时指出了复合材料制备过程中各种因素对材料界面性质的影响。最后,展望了颗粒增强铝基复合材料界面性能研究的发展前景,指出可采用先进的微纳米尺度的测量技术,结合显微结构表征的方法,系统地研究界面性能与结构之间的关系。     

碳化硅颗粒增强铝基复合材料颗粒表面改性技术研究现状

SiC颗粒增强铝基复合材料因具有高的比强度、比刚度、耐磨性及较好的高温稳定性而被广泛应用于航空航天、电子、医疗等领域,但由于SiC颗粒高熔点、高硬度的特点以及SiC颗粒与铝基体间存在界面反应,碳化硅铝基复合材料存在加工性差、界面结合力不足等问题,已无法满足航天等领域对材料性能更高的要求,因此开展如何改善基体与颗粒之间界面情况的研究对进一步提升复合材料综合性能具有重要的科学意义。结合国内外现有研究成果,总结了SiC颗粒与铝基体界面强化机制、界面反应特点、表面改性技术原理及数值建模的发展现状,结果表明,现有经单一表面改性方法处理后的增强颗粒对铝基复合材料性能的提升程度有限,因此如何采用新的手段使复合材料性能进一步提升将成为后续研究热点,且基于有限元数值模拟方法进行复合材料设计也是必然趋势。最后针对单一强化性能提升有限的问题,提出了基于表面改性的柔性颗粒多模式强化方法,同时针对现有的技术难点展望了后续的研究方向,以期为颗粒增强复合材料的制备提供理论参考。     

FABRICATION OF SiCp-AI COMPOSITE MATERIALS

Liquid phase fabrication methods for aluminum matrix composites reinforced with SiC whiskers, or SiC particles have been investigated and the mechanical properties of fabricated composites have been evaluated. Three kinds of liquid phase fabrication methods; hot extrusion, hot pressing and pressure infiltration, were studied. Commercial SiC whiskers and SiC powders of alpha type and beta type were used as the reinforcements for an aluminum matrix. Among the fabrication methods investigated, the best results were achieved by the pressure infiltration. The mechanical properties and the wear resistance of the fabricated composites were measured. The SiC whisker reinforced aluminum matrix composites have high strength, so that they can be used as high specific strength materials. The SiC particulate reinforced aluminum matrix composites are not strong as the SiC whisker reinforced composites. However, the SiC particulate reinforced aluminum matrix composites have a good potential for use as wear resistant material. The hardening effect of beta type particles on the aluminum matrix was larger than that of alpha type particles.     

Verbundwerkstoffe mit Metallmatrix

Metal Matrix Composites Conventional metallic materials have been tailored in the past close to their ultimate properties. New technological requirements ask for further improved materials. Metal-matrix composites (MMC) promise to reach this goal. MMC can be described as materials whose microstructures comprise a continuous metallic phase (the matrix) into which a second phase has been artificially introduced during processing, as reinforcement. Presently the interest in MMC is primarily focused on light alloys reinforced with fibrous or particulate phase to achieve major jumps in selected mechanical properties or thermal stability. This new interest is mainly related to the fact that ceramic based reinforcement constituents became recently available, which are comparatively inexpensive. Al₂O₃ or SiC-based fibres, whiskers and particles, but also carbon fibres are used to reinforce aluminium, magnesium or titanium matrix alloys.     

Reinforcement in Al Matrix Composites: A Review of Strengthening Behavior of Nano‐Sized Particles

Aluminum matrix composites (AMCs) reinforced with the nano‐sized particles are very important materials for the applications in industrial fields. These aluminum matrix composites consist of an aluminum matrix and nano‐sized particles, which own very different physical and mechanical properties from those of the matrix. Nano‐sized particles show a more obvious strengthening effect on the matrix than the micro‐sized particles do, because of the high specific surface area which is positive for the pinning effect during the deformation process. Thus, the nano‐sized particle‐reinforced AMCs usually exhibit a good ductility. The main issues of the fabrication methods are the low wettability between the nano‐sized particles and the molten aluminum alloys, which is fatal to the conventional casting methods, and the agglomeration of nano‐sized particles which happened easier than the larger particles. Several alternative processes have been presented in literature for the production of the nano‐sized particle‐reinforced aluminum composites. This paper is aimed at reviewing the feasible manufacturing techniques used for the fabrication of nano‐sized particle‐reinforced aluminum composites. More importantly, the strengthening mechanisms and models which are responsible for the improvement of mechanical properties of the nano‐sized particle‐reinforced aluminum composites have been reviewed.

     

搅拌摩擦加工制备颗粒增强铝基复合材料的研究现状及展望

铝合金作为现代工程和高新技术领域发展的关键材料之一,具有密度小、比强度和比刚度高、耐蚀性好等特点。通过在铝基体中添加增强相颗粒,制备得到的颗粒增强铝基复合材料既有铝合金良好的强度、韧性、易成形性等特点,又有颗粒的高强、高模等优点,是近年来应用最广的一类金属基复合材料。 目前,制备铝基复合材料的方法主要有粉末冶金法、铸造以及超声波法等,但这些方法在制备过程中需要较高的温度,颗粒与金属基体容易发生不良的界面反应,从而影响界面结合效果,降低复合材料的性能。搅拌摩擦加工(FSP)作为一种新型的固相加工技术,可同时实现材料微观组织的细化、致密化和均匀化。目前,FSP直接法已在铝基复合材料制备方面取得应用,主要是将增强相颗粒通过打盲孔或开槽的方式预置在金属基体内再进行FSP,进而制备出高致密度的颗粒增强铝基复合材料。因为FSP过程的温度低,颗粒与铝基体不会发生界面反应,所以该方法也被用于制备具有形状记忆效应(SME)的铝基功能复合材料。 近年研究结果表明,颗粒相对FSP制备的铝基复合材料晶粒细化起到显著作用,这有助于提高复合材料的拉伸强度、显微硬度及疲劳强度等力学性能。随着颗粒含量的增加和颗粒尺寸的减小,复合材料的力学性能得以增强。再者,减小颗粒尺寸有利于改善颗粒与基体之间的结合。另外,通过优化搅拌头的结构、形状和尺寸,以及FSP工艺参数,已经可以实现加工后颗粒相在基体中的均匀分布。 鉴于搅拌摩擦加工(FSP)直接法在制备颗粒增强铝基复合材料方面所具备的短流程、高效能以及基体与增强相颗粒界面无杂质等优势,本文对目前FSP直接法制备颗粒增强铝基复合材料的最新研究现状进行了总结。主要综述了FSP制备颗粒增强铝基复合材料过程中颗粒的含量、类型及尺寸对复合材料组织与力学性能的影响,并对颗粒分布均匀性以及颗粒与铝基体的界面问题做了阐述。文章最后深入分析了当前研究中的不足之处并展望了未来的研究方向。     

热压烧结制备SiC增强石墨复合材料及其性能

以天然鳞片石墨为起始原料,SiC颗粒为增强相,采用热压烧结工艺制备了SiC增强石墨复合材料。研究了SiC含量对SiC增强石墨复合材料微观结构、力学性能和摩擦性能的影响。结果表明:SiC颗粒均匀分布在石墨基体中,降低了基体中的孔隙率;随着SiC含量增加,SiC增强石墨复合材料的相对密度和弯曲强度相应增加,开孔率显著降低,当SiC含量达到40vol%时,SiC增强石墨复合材料中形成了SiC网络骨架结构,相对密度达到了94.2%,比商品高强纯石墨材料提高了11.8%,弯曲强度达到了146 MPa,比商品高强纯石墨材料提高了147%;基体石墨保持了层状结构;SiC含量低于40vol%时,SiC增强石墨复合材料的摩擦系数随SiC含量的增加轻微增加,与纯石墨材料的摩擦系数相当,具有良好的摩擦性能。     

镁合金及其复合材料电磁屏蔽性能研究进展

航空航天、信息通信等领域不断发展,随之产生的电磁干扰也逐渐被人们重视,面对电磁屏蔽材料兼顾结构轻量化的功能/结构一体化发展趋势,已经有越来越多的研究者将关注点放在了镁合金及其复合材料上。镁合金作为一种密度极低的金属材料,具有较高的比强度和比刚度、优异的阻尼和电磁屏蔽性能,以镁合金为基体制备复合材料可进一步提升材料的综合性能,兼具高导电性、导热性和优异力学性能的碳纳米管（CNTs）、纳米石墨烯（GNPs）等纳米碳基材料和具有特殊空心结构的粉煤灰球（FACs）均可作为镁合金复合材料的增强体,综合提升材料的力学和电磁屏蔽性能。目前,针对镁合金及其复合材料的电磁屏蔽性能研究主要集中于合金化元素选择及成分设计、热处理及加工工艺、晶粒尺寸、织构及相分布、复合材料体系设计等方面。从电磁屏蔽原理出发,综述了近年来镁合金及其复合材料电磁屏蔽性能的研究,主要对镁合金及其复合材料导电、导磁性的影响因素进行了介绍,并讨论了作为复合材料提升镁合金电磁屏蔽性能的机理,最后针对这类轻量化电磁屏蔽结构材料的应用前景进行了展望。     

镁基复合材料力学性能与微观组织研究

采用了液态浸渗法制备了Al2O3短纤维和SiC颗粒混杂增强镁合金复合材料.研究了浸渗压力对镁基复合材料力学性能和微观组织的影响.研究表明,当浸渗压力从0.4 MPa增加到60 MPa的过程中,由于组织的密实使得力学性能上升;随着浸渗压力的增加,将导致预制体受到压缩变形,纤维折断,从而导致综合力学性能下降.     

Properties of squeeze cast Mg-10Al-Mn alloy and its alumina short fibre composites

Magnesium alloys are very suitable for applications that require materials with high strength-to-weight ratio. However, the use of magnesium alloys is limited due to their low elevated temperature properties. Magnesium matrix composites are the possible alternatives. The present work involved the production and subsequent property evaluation of AM100 magnesium alloy and its alumina short fibre reinforced composites. Studies on microstructure, hardness, density, stiffness, tensile properties, impact strength, wear resistance and corrosion resistance were carried out. Results indicate the significant improvement in the properties achieved by making composites. The findings also highlight the dominant roles of the base alloy matrix and the fibre volume fraction in determining the above properties.