SiC颗粒氧化行为及SiCp/铝基复合材料界面特征

界面反应和界面产物对SiCp/Al基复合材料的性能具有重要影响。对SiCp 的高温氧化行为进行了试验研究。结果表明 :SiCp 氧化起始温度为 80 0～ 85 0℃ ,其氧化增量和氧化产物SiO2 的体积分数及厚度与高温氧化处理的保温时间呈抛物线关系。以氧化处理的SiCp 为增强体 ,含Mg铝合金为基体 ,通过挤压铸造工艺制备复合材料。利用TEM和FE TEM对所得的复合材料界面进行观察 ,结果表明 ,在SiCp 表面形成了一定数量的尖晶石(MgAl2 O4 ) ,其数量和尺寸与Mg含量有关。由此 ,通过控制SiCp 的氧化处理工艺参数和基体合金成分 ,可以实现对SiCp/Al基复合材料界面反应及产物的控制     

Mg对真空压力浸渗SiC_p/Al复合材料组织和性能的影响

采用光学显微镜、X射线衍射仪和电子万能试验机等手段研究Mg含量对真空压力浸渗SiCp/Al复合材料组织和性能的影响。结果表明:Mg能提高Al合金的浸渗性能,Mg含量的增加使复合材料致密度升高。Mg促进SiC/Al界面反应的发生,当Mg含量为0~6%(质量分数)时,未观察到明显界面反应产物;当Mg含量为8%时,发生界面反应生成Mg_2Si和Al_4C_3。当Mg含量为0~6%时,由于复合材料致密度的提高及Mg对Al基体的固溶强化作用,导致复合材料强度提高;当Mg含量为8%时,生成的Al_4C_3降低Si C/Al界面结合力,使复合材料强度下降。当Mg含量为0~4%时,致密度的提高使复合材料热导率上升;当Mg含量为4%~8%时,过量的Mg使Al基体热导率降低,Al_4C_3的生成使界面热传导受阻,导致复合材料热导率下降。     

SiCp分散性对AlSi_7Mg/SiCp复合材料性能及组织的影响

研究AlSi_7Mg/SiCp复合材料中Si C颗粒(SiCp)分散性以及Ca含量对复合材料力学性能的影响,并利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等微观分析方法研究了不同Ca含量对SiCp分散性的影响。结果表明:SiCp含量在10%~15%时复合材料抗拉强度明显得到提高,当SiCp含量达到20%时复合材料抗拉强度低于母材。不同SiCp含量的拉伸试样断口均为脆性断裂,这和材料中的SiCp簇团、气孔及夹杂有关。Ca的加入会明显影响复合材料的拉伸性能及SiCp在基体中的分散性。Ca含量在0.5%~1.5%时,AlSi_7Mg/SiCp复合材料拉伸性能较好。当Ca含量达到1.5%时,基体中生成一种富含Al、Ca、Si的金属间化合物Ca_2Al4Si_3,并且金属间化合物的数量及尺度大小随着Ca含量的增加而增大,引起SiCp聚集在这些金属间化合物区域内及其边界上,这可能是因为SiCp与金属间化合物间的润湿性好于与基体的润湿性。     

搅拌工艺参数对SiC_p/Al复合材料颗粒分布的影响

采用机械搅拌法制备了不同SiCp含量Al基复合材料,研究了搅拌参数对颗粒分布的影响。通过SEM和XRD对SiCp在基体中的分布及复合材料的物相成分进行了分析。结果表明,搅拌桨直径为60mm,叶片倾角为30°,搅拌速度为680r/min时制得的复合材料,其SiCp分布均匀且无明显气孔生成。在慢冷条件下浇注的复合材料无明显颗粒沉降现象发生。物相分析显示有MgAl2O4、Mg2Si生成,没有发现有害界面反应产物Al4C3。     

SiC_p/Al电子封装材料与陶瓷元件浸渗连接机理研究

分别将陶瓷元件嵌入凝胶注模成型后的SiC预制型中,再采用气压浸渗T艺制备高体积分数SiCp/Al复合材料的同时,实现了复合材料与元件的原位连接.采用SEM、EDS和XRD等分析了连接界面的显微组织及界面反应,结果表明:SiCp/AI与元件间的界面反应产物由MgAl204和Mg3Al2(SiO4)3等组成,界面反应层厚度约2～3μm,产物生成量主要由Al合金中的Mg、元件中SiO2含量等因素决定;SiCp/Al复合材料与Al2O3元件通过气压浸渗可以实现有效的反应连接.     

SiCp氧化处理对SiCp/Al复合材料润湿性和界面结合的影响

通过对SiCp在不同温度下的氧化处理,研究了颗粒氧化对搅拌铸造法制备的SiCp增强铝基复合材料的润湿性和界面结合的影响.结果表明,氧化处理后的颗粒表面形成了具有一定厚度的SiO2氧化层,该氧化层在高温下与铝熔体发生界面反应,从而有效地改善了颗粒与基体间的润湿性,提高了界面结合强度;所制备的复合材料颗粒分布均匀,界面结合良好;界面处有MgAl2O4、Mg2Si生成,没有发现有害界面反应产物Al4C3;复合材料的断裂方式为颗粒的断裂和颗粒从基体中的拔出.     

不同体积分数SiCp/Al复合材料单颗磨粒划切仿真与试验研究

SiCp/Al复合材料由性能差异巨大的碳化硅颗粒与铝合金基体组成,切削过程复杂,影响加工质量因素多,材料仿真建模困难。本文提出了虑及颗粒随机分布特性、形状、粒径、体积分数等因素的SiCp/Al复合材料参数化建模方法,研究了不同体积分数SiCp/Al复合材料的去除过程、切削力、表面形貌及损伤等,并进行了试验验证。仿真分析与试验结果表明,参数化建模效果较好。SiCp/Al复合材料具有表面损伤严重、切削力大、基体涂覆掩盖表面缺陷、实际切削深度小等特点,不能单纯以表面粗糙度评价SiCp/Al复合材料的加工质量。粒径大、体积分数高的SiCp/Al切削力、比磨削能更低,表面质量更差,实际切削深度更小,铝合金涂覆现象更严重且覆盖层易脱落。SiC粒径对表面损伤、切削力、比磨削能有重要影响。本文可为SiCp/Al复合材料表面去除特点研究与工程应用提供一定的借鉴。     

SiC_p/Al基复合材料的铝浴自蔓延反应制备及其热学性能

将SiC和Ti的混合粉末压坯浸入铝液中 ,引发SiC和Ti的自蔓延反应 ,制备了低膨胀、高导热和高含量SiCp/Al基复合材料。自蔓延反应产物Ti5Si3和TiC在SiC颗粒表面原位形成涂层 ,改善了SiCp/Al界面的润湿性。SiC颗粒自重沉降 ,可形成高SiC含量的复合材料。考察了复合材料的热膨胀系数、导热系数及其与自蔓延反应之间的关系。结果表明 ,自蔓延反应对材料的热膨胀系数影响不大 ,但剧烈的自蔓延反应会损害材料的导热性能 ,如果适当控制反应程度 ,可以制备低膨胀、高导热的SiCp/Al基复合材料。     

SiCp含量和尺寸对Al基复合材料摩擦学特性的影响

通过分析SiCp/Al基复合材料中第二相SiCp的含量、分布和尺寸对其性能的影响,深入地研究了微米、亚微米SiCp/Al复合材料的摩擦磨损特性,尤其是SiCp/Al复合材料磨损亚表层特性的影响.研究结果表明:复合材料的磨损是粘着磨损、微切削和剥层的共同作用,SiCp对材料粘着磨损有一定的抑制作用,且随着SiCp粒度和含量的增大,SiCp/Al基复合材料的耐磨性也随之增加;由于SiCp承担了部分载荷和表层存在着机械混合层,因此复合材料具有比其基体金属更高的耐磨性.     

添加Mg对SiCp/Al复合材料显微组织及磨损性能影响

采用半固态机械搅拌法制备了不同Mg添加量的SiCp增强铝基复合材料,并对其微观组织、硬度及耐磨特性进行研究.结果袁明,合金元素Mg的添加,改善了SiC颗粒与铝基体的润湿性,并形成良好的冶金结合,提高了SiCp/Al复合材料的硬度;Mg加入量为2%时,SiC颗粒分布较为弥散,SiCp/Al复合材料的相对磨损率小,耐磨性能好.     

T6热处理对Al+SiC预制颗粒增强ZL101/ZL101-Mg基复合材料组织和力学性能影响的研究

通过半固态搅拌铸造的方法制备了Al+SiC预制颗粒增强ZL101基及ZL101-Mg基复合材料,研究了T6热处理对该复合材料微观组织及力学性能的影响。结果表明,T6热处理对Al+SiC预制颗粒增强ZL101基复合材料和Al+SiC预制颗粒增强ZL101+Mg基复合材料中SiC颗粒的分布没有明显影响。但T6热处理使Al+SiC预制颗粒增强ZL101复合材料中共晶硅细化,Al+SiC预制颗粒增强ZL101+Mg复合材料中共晶硅长大变粗。T6热处理对Al+SiC预制颗粒增强ZL101复合材料抗拉强度的平均提升率达到了54.44%,对其伸长率的平均提升率为5.47%。对Al+SiC预制颗粒增强ZL101+Mg复合材料抗拉强度的平均提升率为13.52%,对其伸长率的平均提升率为31.5%。     

Deformation behavior of SiC particle reinforced Al matrix composites based on EMA model

Effects of the matrix properties,particle size distribution and interfacial matrix failure on the elastoplastic deformationbehavior in Al matrix composites reinforced by SiC particles with an average size of 5μm and volume fraction of 12%werequantitatively calculated by using the expanded effective assumption(EMA)model.The particle size distribution naturally bringsabout the variation of matrix properties and the interfacial matrix failure due to the presence of SiC particles.The theoretical resultscoincide well with those of the experiment.The current research indicates that the load transfer between matrix and reinforcements,grain refinement in matrix,and enhanced dislocation density originated from the thermal mismatch between SiC particles and Almatrix increase the flow stress of the composites,but the interfacial matrix failure is opposite.It also proves that the load transfer,grain refinement and dislocation strengthening are the main strengthening mechanisms,and the interfacial matrix failure and ductilefracture of matrix are the dominating fracture modes in the composites.The mechanical properties of the composites strongly dependon the metal matrix.     

颗粒增强Al－4％Mg复合材料中显微孔隙的分析

探讨了Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、ＳｉＯ２等三种颗粒增强Ａｌ－４％Ｍｇ复合材料凝固组织中显微孔隙的形成规律．结果表明：前者显微孔隙是由Ａｌ２Ｏ３颗粒加入导致熔体粘度增加、颗粒堵塞枝晶间的补缩流动通道以及颗粒与基体合金的热膨胀系数的差异三种因素所引起；第二种材料由于气孔易在ＳｉＣ颗粒表面形核，或者ＳｉＣ颗粒与基体结合较弱，使得该复合材料比前者易形成显微孔隙；第三种复合材料，是由于ＳｉＯ２颗粒与基体间发生了界面反应，一定量的Ｓｉ溶入了基体，增大了基体的凝固潜热，从而提高了基体合金凝固时的补缩流动能力，所以ＳｉＯ２ｐ／Ａｌ－４％Ｍｇ复合材料的凝固组织比同样条件下Ａｌ２Ｏ３ｐ／Ａｌ－４％Ｍｇ和ＳｉＣｐ／Ａｌ－４％Ｍｇ复合材料致密。     

铸造ZL101A／SiCp复合材料的研究

采用真空搅拌复合工艺制备了铸造ZL101A／SiC复合材料,研究了变质和细化处理对复合材料组织的影响。结果表明：变质和细化处理铸造 ZL101A／SiC复合材料制备工艺的重要处理措施,可明显改善复合材料的组织。利用透射电镜对AL／SiC界面特征及界面反应进行分析,同时对该复合材料的铸造性能（熔体合金流动性能、线收缩、体收缩和热裂倾向）以及力学和物理性能进行了测试。     

SiC／AZ61镁基复合材料蠕变性能的研究

采用搅熔铸造法制备碳化硅颗粒增强镁基复合材料SiC／AZ61,通过动态机械热分析、显微组织观察和XRD衍射分析了其蠕变性能。结果表明：碳化硅颗粒的加入细化了晶粒,SiC大多分布在晶界处,颗粒镁基复合材料的蠕变性能与AZ61合金相比得到了显著的改善。蠕变性能的提高主要因为高温时具有高的热稳定性的SiC颗粒取代晶界处高温下易软化的8相（Mg17Al22）钉扎晶界,阻止了晶界的交滑移和位错的攀移。     

Load transfer mechanism and mechanical properties of SiCw/Al metal matrix composites

The load transfer mechanism and mechanical properties of SiC whisker reinforced aluminum matrix composites were investigated. A generalized shear-lag model was proposed to analyze the effects of the aspect ratio, misorientation angle and volume fraction of SiC whisker on the mechanical properties of SiCw/Al composites. A new concept on effective aspect ratio was suggested, combining the effects of aspect ratio and alignment of whiskers, to calculate the effective stress acting on the aluminum matrix in SiCw/Al composites. The magnitude and anisotropy of the yield strength of the SiCw/2124Al composite can be estimated more accurately by substituting the average aspect ratio with the effective aspect ratio based on the generalized shear-lag model. The SiCw/2124Al composite with the largest effective aspect ratio showed the lowest minimum creep rate which decreased with increasing effective aspect ratio of SiC whisker, but were found to be almost similar under the same effective stress acting on the Al matrix. It is suggested that the role of SiC whisker is to improve the mechanical properties by reducing the effective stress acting on the Al matrix in the SiCw/Al metal matrix composite. This article is based on a presentation made in the symposium “The 1^st KIM-JIM Joint Symposium: High Strength Ratio Aluminum Alloys”, held at Inha University, Inchon, Korea, October 22. 1999 under the auspices of The Korean Institute of Metals and Materials and The Japanese Institute of Metals.     

Cu/Mo双涂层改性SiCf/Ti6Al4V复合材料的界面与性能

采用箔-纤维-箔(FFF)法分别制备无涂层、C涂层和Cu/Mo双涂层改性的SiCf/Ti6Al4V复合材料,对制备态复合材料的力学性能和界面微观组织进行对比分析,进一步研究不同真空热暴露处理对Cu/Mo双涂层改性复合材料的界面微区的影响规律。结果表明,制备态下Cu/Mo涂层比C涂层较好地改善了复合材料的界面组织和性能,且对基体和纤维中元素扩散均具有一定的阻挡作用;求得900℃下SiCf/Cu/Mo/Ti6Al4V界面反应的生长动力学公式为H=1.380t1/2+5.397。     

Processing,Microstructure and Mechanical Properties of Ti6Al4V Particles-Reinforced Mg Matrix Composites

Novel Ti6Al4V particles-reinforced AZ91 Mg matrix composites were successfully fabricated by stir casting method. The stirring time in semisolid condition directly affected the particle distribution and the quality of the ingots.Furthermore, the optimal speed of the heating and the liquid stirring could overcome particle settlement caused by the density difference between the matrix and the particles. Ti6Al4V particles distributed uniformly in the composites with different particle contents. The average grain size decreased with the increase in the particle contents. The Ti6Al4V particles bonded pretty well with the alloy matrix. In addition, there were some interfacial reactions in the composites.There were rod-like Al_3Ti phases at the interface. The precipitates extended from the particle surface to the matrix, and they might improve the interfacial bonding strength. The ultimate tensile strength, yield strength and elastic modulus were enhanced as the particle contents increased, and the elongation was much better than that of the same matrix material reinforced with SiC particles. Thus, the novel composites exhibit better comprehensive mechanical properties.     

SiC颗粒增强铝基复合材料的连接现状

SiC颗粒增强铝基复合材料因其具有成本低、耐磨性好、高比强度和比刚度、高谐振频率等优良的性能受到关注,但由于难于机械加工,特别是焊接性较差制约其在工程中的应用推广. 文中通过对国内外SiC颗粒增强铝基复合材料的连接现状(焊接方法主要集中于熔化焊、扩散焊、搅拌摩擦焊和钎焊等)进行综述和评价. 结果表明,SiC颗粒和Al基体的较大物理化学性能差异是影响该种复合材料焊接性的主要因素;当SiC颗粒体积分数低于35%时,目前已取得令人基本满意的焊接效果,已具有小批量生产的趋势;但当SiC颗粒体积分数大于35%时,特别是针对高体积分数(55% ~ 75%)的复合材料而言,传统的熔化焊方法很难获得高质量的接头,因此选择合适的连接方法和特殊的焊料成分则成为该种材料的重要创新方向.     

Preparation, microstructures and deformation behavior of SiCP/6066Al composites produced by PM route

Preparation, microstructures and deformation behavior of 12 vol.% SiC_P/6066Al composites fabricated by a powder metallurgy (PM) route have been systemically reported in this paper. The experimental results indicated that SiC particles were distributed homogeneously in the aluminum matrix, and that the constituents of the matrix were Al, needle-shaped β′-Mg₂Si phases and a small amount of dispersoids (Fe, Mn, Cu)₃Si₂Al₁₅ (BCC structure with lattice parameter a ≈ 12.8 Å). A well-bonded SiC/Al interface consisting of a thin and clean layer of polycrystalline structure of metal matrix with segregation of Mg element has been observed. The SiC particle cracking and the ductile-tearing of SiC/Al interfaces caused the rupture of the composites. The experimental data coincided well with the theoretical results predicted by an extended effective model assumption (EMA). The current study indicates that load transfer between the matrix and reinforcements, grain refinement of metal matrix, and dislocation strengthening are the main strengthening mechanisms of SiC_P/Al composites. The ductile-tearing of SiC_P/Al interfaces and the SiC particle cracking are the dominating failure modes and the deformation behavior of SiC_P/Al composites strongly depends on the properties of matrix alloy.