累积叠轧制备的Cu/Al/Cu复合板材金属间化合物层演变及其对力学性能影响研究

目的 研究在不同温度条件下Cu(商业纯铜)/Al(AA1060)/Cu复合板材累积叠轧过程中界面金属间化合物层对材料性能的强化规律.方法 在不同温度条件下(350～500℃)累积叠轧制备Cu/Al/Cu层状复合板材,深入分析其界面金属间化合物层形状、元素分布及其对力学性能的影响规律.结果 金属化合物层的厚度随着轧制温度的升高逐渐增加,且随着轧制温度的不同,形貌呈现很大的差异.当轧制温度为350℃和400℃时,金属间化合物相对平整.轧制温度升高到450℃时,金属间化合物层呈现锯齿形,使该工艺条件下加工的材料同时具有较好的强度(273 MPa)和塑性(4.06％).结论 制备Cu/Al/Cu层状复合材料过程中,通过优化轧制温度这一重要轧制参数,能实现强度和塑性的综合提高.     

热处理对热等静压Sip/Al-Cu复合材料显微组织和力学性能的影响

采用元素粉作为原料,通过热等静压技术(HIP)制备出50％ SiP/Al-Cu和70％SiP/Al-Cu(体积分数)复合材料,研究固溶处理和峰值时效处理对复合材料显微组织、Al2Cu相溶解过程及力学性能的影响.结果表明:热等静压技术制备的SiP/Al-Cu复合材料完全致密,组织均匀细小,材料由Si相、Al相和Al2 Cu组成,白色Al2Cu相产生于原始的Cu粉与Al粉界面处.在516℃固溶处理2h后,70％ SiP/Al-Cu复合材料中的Al2Cu相全部溶入Al基体中,而50％ SiP/Al-Cu复合材料中还残留少量Al2Cu相.经过峰值时效处理后,50％ SiP/Al-Cu和70％ SiP/Al-Cu复合材料的抗弯强度为548 MPa和404 MPa,相对于热等静压态分别提高了38.81％和13.51％,复合材料的强度显著增强.     

SiC颗粒增强铝基复合材料的纯铜中间层液相扩散焊

采用Cu箔中间层在Ar气氛保护、550℃条件下过渡液相扩散焊(TLP)焊接SiC颗粒(SiC_P)增强Al基复合材料SiC_P/ZL101和SiC_P/Al (SiC_P 10vol%),对母材与焊接接头的微观组织、剪切强度、焊接接头剪切断面与断裂路径等进行分析。结果表明:在铸Al(ZL101)与纯Al(Al)基体中,分别通过共晶温度较低的Al-Si-Cu(524℃)三元共晶反应与Al-Cu(548℃)二元共晶反应实现中间层金属/基体金属(M/M)界面润湿。其中铸Al基体焊接接头中虽有颗粒偏聚,但由于Al-Si-Cu三元共晶反应的Cu含量(26.7wt%)低于Al-Cu二元共晶反应的Cu含量(33wt%),SiC_P/ZL101焊接接头焊缝中CuAl₂相少于SiC_P/Al焊接接头焊缝中的CuAl₂相,且未出现CuAl₂相的聚集,故其强度较高。Cu中间层形成的金属间化合物CuAl₂相是影响焊接接头力学性能的重要因素,两种复合材料焊接接头的剪切强度分别为85.4 MPa和73 MPa。      

纤维涂层法制备SiCf/Cu复合材料及其性能分析

为研究纤维涂层法制备SiCf/Cu复合材料的性能特点,通过磁控溅射法先后将Ti6Al4V界面改性层和基体Cu涂层涂覆到SiC纤维表面,并通过真空热压法将被涂覆的纤维制备成SiCf/Cu复合材料.对Ti6Al4V涂层、Cu涂层以及复合材料进行了微观分析,并测试了复合材料的拉伸强度.研究表明,复合材料的Cu基体由致密而细小的晶粒组成;Ti6Al4V提高了纤维/基体界面结合强度,复合材料轴向抗拉强度高达500 MPa,界面脱粘主要发生在纤维表面的碳涂层与纤维之间.     

镁/铝双金属复合材料成形工艺的研究进展及影响结合层的因素

镁合金和铝合金具有密度低、比强度高等特点,在汽车轻量化方面具有显著优势。Mg/Al双金属复合材料兼具2种金属的优点,在运输、电子3C等领域具有广泛的应用前景。制备Mg/Al复合材料的方法可分为焊接、铸造、轧制和挤压4大类。在制备Mg/Al复合材料时,4种方法均会不可避免地在界面结合处产生硬脆相的金属间化合物(IMC),如Al3Mg2、Al12Mg17等。硬脆相的IMC往往不利于Mg/Al之间的结合。提高Mg/Al双金属复合材料结合强度的关键是消除或者减少IMC。针对以上问题,综述了目前较为前沿的焊接、铸造、轧制、挤压等用于制备Mg/Al双金属复合材料的新工艺,分析了不同工艺及其参数、夹层合金元素、界面形状对结合层组织和性能的影响。最后,对目前制备Mg/Al复合材料成形工艺的研究现状进行了总结与展望。     

热处理对热等静压SiP/Al-Cu复合材料显微组织和力学性能的影响

采用元素粉作为原料, 通过热等静压技术(HIP)制备出50%Si_P/Al-Cu和70%Si_P/Al-Cu(体积分数)复合材料, 研究固溶处理和峰值时效处理对复合材料显微组织、 Al₂Cu相溶解过程及力学性能的影响。结果表明: 热等静压技术制备的Si_P/Al-Cu复合材料完全致密, 组织均匀细小, 材料由Si相、 Al相和Al₂Cu组成, 白色Al₂Cu相产生于原始的Cu粉与Al粉界面处。在516 ℃固溶处理2 h后, 70%Si_P/Al-Cu复合材料中的Al₂Cu相全部溶入Al基体中, 而50%Si_P/Al-Cu复合材料中还残留少量Al₂Cu相。经过峰值时效处理后, 50%Si_P/Al-Cu和70%Si_P/Al-Cu复合材料的抗弯强度为548 MPa和404 MPa, 相对于热等静压态分别提高了38.81%和13.51%, 复合材料的强度显著增强。     

用渗流铸造法制备Zr55Al10Ni5Cu30非晶复合材料

用渗流铸造法制备出以Zr55Al10Ni5Cu30合金为基体，以W丝束为增强相的大块非晶复合材料，采用X-射线衍射分析了基体的相组成，在扫描电镜（SEM）下观察了反应界面的形貌，利用电子探针研究了元素的迁移情况，通过改变渗流温度和时间。研究了W丝和基体间界面的作用过程，选择适当的渗流温度和时间，可以制备出长65mm直径4.3mm的大块W丝束增强Zr55Al10Ni5Cu30非晶复合材料，在一定范围内提高渗流温度降低渗流时间或降低渗流温度延长渗流时间能得到同样的结果，在渗流铸造前，液态金属的过热有利于提高基体的非晶形成能力，降低渗流铸造时产生的缺陷。     

镀Ti金刚石/Al复合材料的热性能

通过盐浴镀方法实现金刚石表面镀Ti,并采用模压铸造方法制备镀Ti金刚石/Al复合材料。研究镀层对复合材料微观结构和热性能的影响。结果表明金刚石表面镀Ti改善了复合材料的界面结合,降低界面热阻,从而提高了复合材料的热性能,包括降低热膨胀系数,提高复合材料的热导率。采用850℃盐浴镀Ti,镀覆时间180min得到的镀Ti金刚石/Al复合材料热导率高达488W/(m.K),在温度范围50～300℃之间,其平均热膨胀系数为9×10-6/K。     

不基于熔态润湿的Al/Al2O3直接钎焊

针对Al熔液在850℃以下不润湿Al₂O₃而难以直接钎焊的困难, 本工作研究了溅射Al对Al₂O₃的“润湿”作用, 提出了一种采用溅射Al基薄膜作为钎料直接钎焊Al₂O₃的方法。结果表明, 这种方法可以在不满足熔态Al润湿条件的680℃实现Al和Al-Cu合金对Al₂O₃的直接真空钎焊, 并且仅需0.1 Pa的真空度。所获得的Al/Al₂O₃的接头剪切强度达到115 MPa, Al-1.6at% Cu合金钎焊接头的剪切强度可提高到163 MPa, 当钎料中的Cu含量提高至14.3at%后, 钎焊接头中焊缝与陶瓷界面产生Cu的偏聚, 接头的剪切强度因界面断裂降低为127 MPa。并对这种不基于金属熔态润湿钎焊方法的原理进行了分析讨论。     

C18150铜/1060铝层状复合材料铸轧工艺优化及组织性能研究

目的 通过有限元模拟方法探究铸轧过程中铜铝层状复合材料温度场和液相率的演变规律,确定铸轧过程中的最优走坯速度和浇铸温度,并制备一种具有高强高导的铜/铝/铜层状复合材料。方法 基于Ansys Workbench软件中的Design modeler模块建立二维模型,使用JMatPro软件模拟C18150铜和1060铝的热物性参数,通过Mesh模块进行网格划分并利用Fluent模块对模型进行求解。通过调整和优化走坯速度和浇铸温度等参数,研究其对液相率和温度场的影响。制备了高强高导铜/铝/铜层状复合材料,并通过场发射扫描电镜、电子万能试验机、手持式导电率测试仪和扫描电镜等手段对铜/铝/铜层状复合材料界面的微观组织、抗拉强度、导电率以及拉伸断口进行表征和分析。结果 当走坯速度和浇铸温度分别为1.2 mm/min和963 K时,铸轧效果最佳,制备的复合材料界面平整且结合良好,界面处存在Al2Cu和Al4Cu9双界面层。拉伸强度和延伸率分别为201 MPa和16%,铜侧导电率为87%IACS,铜铝断口处均出现了大量韧窝,表明为韧性断裂。结论 通过优化铸轧工艺参数制备的铜/铝/铜层状复合材料具有优异的强度和导电率。     

Reactive Diffusion Bonding of SiCp/Al Composites by Insert Powder Layers with Eutectic Composition

1.IntroductionSiCp reinforced aluminium metal matrix composites(SiCp/Al MMCs)have a unique combination of mechani-cal and physical properties,such as high specific strengthand specific modulus of elasticity,low thermal expansioncoefficient and high wearing resistance,and are expectedto be widely used in aerospace engineering,automotiveindustry,electronic packaging,medical appliances,etc.It is well known that joining is the indispensable pro-cessing for industrial applications of any material…     

Ti2AlNb合金与钛基复合材料的低温固相扩散连接机理

Ti2AlNb合金和Ti基复合材料可以使用直接固相扩散的方法进行连接,但较高的扩散温度使得母材发生相变,其接头性能也因此变差。采用Ti箔中间层的方法优化Ti2AlNb合金和Ti基复合材料的固相扩散连接接头性能。结果表明:加入30μm的Ti箔中间层后,扩散连接温度由950℃降低至850℃,变形率由5%降低至1.7%,扩散连接温度的降低有效地改变了接头界面的组织,典型界面组织为Ti2AlNb/富B2相/α+β双相组织/Ti基复合材料,其中接头界面处α+β双相组织的形成提高了接头的强度。最佳扩散连接工艺参数为850℃/60min/5 MPa时,剪切强度达到最大值399MPa,实现了Ti2AlNb和Ti基复合材料在低温下的扩散连接。     

服役温度对铝合金-碳纤维增强树脂复合材料粘接接头准静态失效的影响

为了研究服役温度对铝合金-碳纤维增强树脂(CFRP)复合材料粘接接头准静态失效的影响，本文加工了铝合金-CFRP复合材料粘接接头。考虑车辆实际运行工况下的服役温度，选取低温(?40℃)、常温(20℃)和高温(80℃)三种环境温度，结合设计的Arcan夹具对铝合金-CFRP复合材料粘接接头分别进行1 mm/min和100 mm/min的准静态试验，得到不同温度下铝合金-CFRP复合材料对接接头(BJs)、45°嵌接接头(45°SJs)和剪切接头(TSJs)的准静态失效强度，并结合失效断面对接头失效形式进行分析，建立了失效准则方程和三维响应曲面。结果表明:不同加载速率下的铝合金-CFRP复合材料粘接接头失效强度在高温环境下均呈明显的下降趋势，在低温环境下均呈一定程度的上升趋势。高温下的失效模式为胶层的内聚失效，低温下的失效模式中纤维撕裂的比例上升。相对于1 mm/min加载速率下的准静态失效强度，各温度和应力状态下的铝合金-CFRP复合材料粘接接头在100 mm/min加载速率下的准静态失效强度明显提高。      

界面相对3D-SiC/SiC复合材料静态力学性能及内耗特征的影响

采用先驱体浸渍裂解工艺制备无界面、SiC、PyC和PyC/SiC等界面相SiC/SiC复合材料, 研究了SiC/SiC复合材料的微观结构及静态力学性能, 并通过强迫振动法系统分析了界面相对复合材料内耗行为的影响。研究结果表明, 引入界面相有效改善了复合材料的微观结构及力学性能, 并降低了复合材料的内耗。其中, PyC/SiC复相界面中亚层SiC限制了PyC界面相与纤维的结合及塑性形变, 提高了复合材料的力学性能; 同时, 界面相对SiC/SiC复合材料内耗行为有显著影响, 材料内耗水平与界面剪切强度成反比。对比50和350 ℃时的材料内耗变化率发现, 随界面剪切强度增大, 材料内耗呈降低的趋势, 且含有PyC的PyC/SiC界面复合材料具有较低的内耗变化率, 说明PyC/SiC复相界面的SiC/SiC复合材料更适于高温振动环境。     

国产炭纤维CCF300与T300炭纤维复合材料剪切载荷下的失效模式研究

对国产炭纤维与T300炭纤维复合材料层合板在常温干态、常温湿态、高温干态与高温湿态四种环境条件下进行了短梁剪切实验.采用宏观和微观相结合的方法,对其剪切性能、失效模式与损伤机理进行了对比研究.结果表明:界面性能是影响纤维树脂基复合材料剪切性能与失效模式最为重要的因素,而国产炭纤维复合材料在界面性能的控制上还有待改进.因...     

放电等离子烧结制备Ti/C叠层材料及其力学性能

以Ti和C的片状材料为原料, 利用放电等离子烧结(SPS)技术烧结制备了具有层状结构特征的Ti/C叠层复合材料, 研究了不同烧结温度下的叠层材料的组织形貌和室温力学性能。研究结果表明: 随烧结温度的升高, 反应层的厚度增大, 烧结温度达到1500℃时, 反应层的厚度可达到32.6 μm, 进一步提高烧结温度, 将会使Ti发生熔化现象, 无法得到Ti/C叠层复合材料。当烧结温度达到1500℃和1510℃, 层状复合材料的抗弯强度和断裂功分别达到最大值1571.51 MPa和215.09×10³ J/m²。Ti/C叠层复合材料的裂纹扩展路径主要有裂纹偏转、 裂纹并行扩展和裂纹尖端的分叉钝化, 这些扩展路径是叠层材料增韧的主要机制。     

陶瓷纤维增强氧化硅气凝胶复合材料力学性能试验

氧化硅气凝胶具有极低的热导率和密度,可作为很好的隔热材料,而脆弱的力学性能限制了其在隔热领域的应用。在不影响隔热效果的前提下,通过复合陶瓷纤维可增加氧化硅气凝胶的强度及韧性。试验探索了陶瓷纤维增强氧化硅气凝胶在室温下的拉伸、压缩和剪切等基本力学性能,分别研究了300℃、600℃和900℃下复合材料纤维铺层面方向的压缩性能,并采用扫描电子显微镜对高温试样微观结构进行了观察分析。结果表明：陶瓷纤维增强氧化硅气凝胶的性能表现出方向性,弹性模量在铺层面内方向与厚度方向的数值最大相差约28倍,强度极限亦然;在室温条件下,复合材料的拉伸和压缩弹性模量不同,X 、Y 和 Z 方向拉伸模量与对应的压缩模量之比分别为1.60、1.83和0.56;高温下复合材料沿厚度方向收缩,收缩量随温度升高而增大,900℃下的最大收缩量可达10.8%;高温下复合材料铺层面内方向压缩性能随温度升高而增强。     

Microstructure and mechanical properties of diffusion bonded Al/Mg2Si metal matrix in situ composite

In this research, Al/Mg₂Si composite produced by gravity casting, was joined by diffusion welding technique at 6 MPa pressure with various welding temperatures and durations. This metal matrix composite (MMC) containing 15% Mg₂Si particles was produced by in situ technique. Specific diffusion bonding process was introduced as a low vacuum technique. Microstructure and shear strength of the joined areas were determined. Scanning electron microscopy examination was carried out on the welded interfaces and shear tests were conducted to the samples interface to find out the effect of welding temperatures and durations on the weldability. It was found that high welding temperatures resulted in increase of shear strength. However, increase in welding duration did not make any detectable changes. The bonded interface could be developed as a wavy state depending on the amount of parent material deformation that was associated with bonding temperature. Results indicated that MMC can be joined by diffusion welding technique successfully with satisfactory shear strength.     

C/C复合材料与LAS陶瓷连接的显微结构与性能

采用Y2O3-Al2O3-SiO2-TiO2(YAST)玻璃作为中间层,对SiC-MoSi2表面改性的C/C复合材料与Li2CO3-Al2O3-SiO2(LAS)陶瓷进行热压连接,所施压力为20MPa,保温时间为30min,连接温度分别为1150℃,1200℃,1250℃,1300℃。利用SEM,EDS和BEI(背散射电子像)对SiC-MoSi2涂层,连接界面的形貌和断口进行了分析,研究结果表明,SiC-MoSi2涂层与基体结合紧密,Si、C元素在界面处呈梯度状分布,形成厚度约为15μm的过渡层。YAST玻璃与基体润湿良好,接头的剪切强度可达26.21MPa。