固相颗粒粉末冶金泡沫铝的性能研究

本文在加入粒径为0.5μm SiC颗粒制备出复合泡沫铝的基础上,对其材料进行单向压缩试验,研究其在受力情况下的力学性能、吸能能力和吸能效率。结果表明:SiC颗粒增强粉末冶金泡沫铝的压缩应力应变曲线与其他多孔泡沫金属相似;SiC颗粒增强粉末冶金泡沫铝压缩应力应变曲线,呈现线弹性变形、屈服平台阶段、致密化阶段;其屈服强度随SiC颗粒的体积百分含量增大而增大。     

泡沫铝制备与其压缩性能研究

采用粉末致密化发泡（PCF）工艺制备了泡沫纯铝,对制备过程及影响孔结构的因素进行了分析.系统研究了压力、发泡温度、发泡时间、发泡剂含量和粒度对泡沫纯铝结构变化的影响规律,用自行设计的软件FoamScan对孔结构进行了描述.得出了试验条件下的优化工艺参数配置.进行了泡沫铝压缩性能测试,通过理论模型、性能测试数据作图对比的方法获得了孔隙率83%～87%泡沫纯铝的屈服强度表达式.确定了泡沫纯铝的制备工艺、结构、性能的相互关系.     

机械合金化-加压烧结制备Fe3Al金属间化合物

采用机械合金化-加压烧结在1250℃制备相对密度为99%、晶粒尺寸为300～700nm的Fe3Al烧结体材料.研究了球磨过程中Fe-Al粉末的结构转变及烧结体Fe3Al的微观结构和力学性能.Fe3Al材料的室温压缩屈服强度和压缩应变分别为1900MPa和14%,硬度61HRC,横向断裂强度和断裂韧度KIc分别高达1300MPa和49 MPa·m1/2.Fe3Al材料优异的室温力学性能来源于晶粒细化、组织均化效应.     

烧结温度对放电等离子烧结（SPS）制备氧化石墨烯/2024Al复合材料的微观组织和性能影响

以氧化石墨烯（Graphene Oxide）和2024Al粉末为原料，通过静电自组装+放电等离子烧结（SPS）的工艺，制备了含不同质量分数氧化石墨烯和不同烧结温度的氧化石墨烯/2024Al复合材料，并对烧结后材料的微观形貌和力学性能进行表征和测试。结果表明：复合粉体中氧化石墨烯均匀分布，包覆在Al颗粒表面。550℃烧结温度下含0.5%、1%和2%氧化石墨烯（GO）复合材料的压缩强度先提高后降低，分别提高到428.02 MPa和540 MPa，相比于基体提高了12.5%和42%     

超细SiC增强纯铝基复合材料显微组织与力学性能的研究

采用平均粒径为800nm的超细SiC颗粒作为增强体,制备含SiC体积分数为15%的铝基复合材料,研究烧结温度和强压处理对复合材料微观组织和力学性能的影响。研究表明,提高烧结温度可有效加速复合材料的致密化,与520℃下烧结制备的复合材料相比,610℃下烧结制备的复合材料具有更高的密度和较低的孔隙度,从而具有更高的硬度。610℃下烧结制备的复合材料的硬度为83.9HBS,远高于520℃烧结制备的复合材料的硬度(53.7HBS)。这主要是由于烧结温度的提高可加速原子扩散,有利于Al粉之间以及Al粉与SiC颗粒之间的结合,并改善界面结合情况。研究还表明,强压处理可以有效提高复合材料的致密度和降低孔隙的体积分数,610℃下烧结制备的复合材料经强压处理以后的密度为2.68g/cm3,接近于理论密度(2.78g/cm3),且硬度可达121HBS,抗拉强度、屈服强度和伸长率分别可达177.6MPa、168.6MPa和3.97%。     

Bc路径等径角挤压SiC_p/Al基粉末材料的显微组织及力学性能

以SiCp/Al基复合粉末材料为研究对象,在250℃下采用粉末包套-等径角挤压工艺沿Bc路径成功将粉末颗粒直接固结成高致密度的块体细晶材料。结果表明:复合粉末材料成分分布均匀性和致密度在等径角挤压强烈的剪切细化作用下效果显著。初始SiC平均粒径为13.69μm,复合粉末初始相对密度为0.75,经过3个道次等径角挤压后,得到相对密度达0.97接近完全致密,SiC颗粒得到一定程度细化且分布均匀的细晶组织,平均显微硬度高达75HV,约为工业致密纯铝的2.2倍,初始SiC颗粒的尖锐棱角特征也得到明显改善。压缩性能测试表明,挤压后SiCp/Al基复合材料表现出明显优于工业纯铝的变形行为特征。     

泡沫铝在汽车上的开发应用

泡沫铝具有轻量化优势及多功能兼容性,适应汽车轻量化、低能耗和安全舒适的发展方向,有望满足汽车工业节能减排的现实需求,具有重要的应用意义。本文测试了泡沫铝板及其复合三明治板的力学性能,试验包括准静态弯曲和压缩试验;通过验证不同规格试样在两种受力模式下的变形特点,分析了泡沫铝的失效机制。研究结果表明:随着厚度的增加,泡沫铝材料整体抵抗载荷的稳定性和均匀性提高、吸能性增大,表现为材料断裂挠度显著增大。相同规格的泡沫铝三明治复合板力学性能明显优于泡沫铝试样,与泡沫铝试样相比,三明治复合板的抗弯强度和弯曲模量增加7倍,断裂挠度基本相等;其压缩强度增加1倍,屈服强度值达18.37 MPa,屈服应变由3.6%增大为8.9%,材料抵抗压缩变形的稳定性和强度显著提高。泡沫铝制备的三明治复合板的显著性能优势和轻量化特性,使其在汽车行业具有重要的应用价值。     

高硅铝合金及颗粒增强铝基复合材料组织性能的探究

采用真空热压烧结工艺制备Al-30Si合金、30%Sip/Al、30%SiCp/2024Al、30%SiCp/6061Al(均为体积分数)复合材料,测定其热膨胀系数及力学性能。利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)对其微观组织结构及断口形貌进行表征,探究了高硅铝合金及颗粒增强铝基复合材料的组织与性能,分析了材料的断裂机制。结果表明:SiCp/2024Al复合材料中SiC颗粒分布均匀,组织致密,综合性能好,热膨胀系数(CTE)为13.69×10-6/K,硬度达到134 HB,极限抗拉强度达353 MPa。SiCp/6061Al复合材料中SiC颗粒分布较均匀,界面结合较好,组织不够致密,有少许孔隙,性能较好。SiCp/6061Al和SiCp/2024Al复合材料的断裂方式都是界面基体的撕裂结合SiC颗粒的断裂。Sip/Al复合材料中Si颗粒分布较均匀,断裂方式为界面脱开,性能较差。Al-30Si合金在烧结过程中形成大量板条状的Si相,性能最差,断裂方式以合金撕裂为主。     

纳米SiC增强纯Al基复合材料的微观组织和力学性能

与采用微米尺度SiC颗粒为增强相制备的Al基复合材料相比,以纳米SiC颗粒为增强相制备的Al基复合材料具有更加优异的力学性能,可极大提高SiC增强Al基复合材料的服役可靠性及应用范围。采用传统粉末冶金方法制备纳米SiC颗粒增强纯Al基复合材料,研究烧结温度和增强相体积分数对复合材料微观结构和力学性能的影响。研究表明,烧结温度和增强相体积分数均对复合材料的微观结构和力学性能有重要影响。随烧结温度升高,复合材料中的残留微孔减少,密度和强度均得到显著提高。含体积分数为3%纳米SiC颗粒的复合材料在610℃具有最高的强度,进一步提高纳米SiC颗粒的含量并不能提高材料的力学性能,这主要是由于当纳米SiC颗粒的体积分数超过3%时将出现明显的团聚,从而降低强化效应。     

烧结温度对Al_3Ni金属间化合物增强铝基复合材料力学性能的影响

通过粉末冶金原位合成法制备Al3Ni金属间化合物增强铝基复合材料。采用X射线衍射,扫描电镜,硬度测试和压缩强度测试,研究烧结温度对复合材料微观结构和力学性能的影响。结果表明:在铝基体中成功获得了均匀分布的金属间化合物Al3Ni增强相;随烧结温度从570℃上升到590℃,复合材料的密度从2.435 g/cm-3上升到2.990 g/cm-3,维氏硬度从~24升高到~37;经590℃烧结制备的复合材料表现出了高的压缩强度(255 MPa)和伸长率(~40%)。     

粉末冶金法制备SiCp/Cu复合材料及组织性能研究

以高纯SiC粉、Cu粉为原料,通过机械球磨、真空热压烧结制备SiC颗粒弥散强化铜基(SiCp/Cu)复合材料。采用SEM、XRD等方法,研究了球磨粉末形貌、粒度及成分均匀性的变化规律,同时研究了真空热压烧结SiCp/Cu复合材料微观组织、力学性能和物理性能。结果表明:球磨转速为250 r/min、球料比为10:1(质量比)时,球磨10 h获得的SiC/Cu复合粉末成分均匀,无团聚现象;真空热压烧结复合材料的相对密度达到92%以上,SiC颗粒均匀弥散分布,具有很好的力学性能和导热导电性能;其中,烧结温度850℃、保温1 h制备的材料综合性能更佳,致密度达到96.2%,热导率为221.346 W/(m·K),电导率为65.3%IACS,抗压强度为467.46 MPa,断裂应变可达20.87%。     

二氧化硅对二次铝灰烧结制备镁铝尖晶石材料性能的影响

国内二次铝灰产量大,且总铝含量不低,堆放过程中受到雨水淋溶,导致自然水体被污染和土壤盐碱化等危害。在前期研究的基础上,以再生铝行业产生的二次铝灰为主要原料,采用固相烧结法开展二氧化硅含量对二次铝灰烧结制备镁铝尖晶石材料性能影响的研究,并采用XRD、SEM及红外谱图等手段分析烧结产物。研究结果表明,二次铝灰和氧化镁质量分数比为1∶0.2时,在1 400℃条件下烧结,保温3 h,二次铝灰可以烧结制备镁铝尖晶石材料;二氧化硅对二次铝灰烧结制备镁铝尖晶石材料性能有影响,添加5%二氧化硅时,所得镁铝尖晶石材料性能最佳,体积密度为2.03 g/cm³,线变化率为0.42,抗压强度为91.1 MPa;含5%～20%二氧化硅的原料样品在1 400℃烧结,烧结材料主要物相为MgAl₂O₄,随二氧化硅含量增加,MgAl₂O₄衍射峰强度减弱,烧结体中出现较厚纤维状组织,材料致密性提高,适量二氧化硅的存在对二次铝灰烧结制备镁铝尖晶石材料起到促进作用;在烧结过程中,产物的晶胞常数和晶胞体积都经历先变大后...     

粉末冶金50%Si_p/6061Al复合材料的结构与性能

以Si粉和6061Al合金粉末为原料,采用机械球磨-常压烧结工艺制备硅颗粒含量(质量分数)为50%的颗粒增强铝基复合材料,利用扫描电镜和X射线衍射仪分析不同温度下烧结的复合材料结构与物相组成,并测试材料的密度、抗弯强度、硬度及热膨胀系数等性能。结果表明,通过球磨可获得成分均匀的Si_p/6061Al复合粉体。烧结温度为700℃时,50%Si_p/6061Al复合材料仅含少量Al_2O_3杂质,Si相分布均匀,呈半连续骨架结构,Si颗粒与6061Al基体合金结合良好,材料中孔隙的数量和尺寸都最小。在680~750℃温度范围内,随烧结温度升高,50%Si_p/Al复合材料的致密度及抗弯强度先增大后降低,在700℃烧结的50%Si_p/6061Al复合材料具有优异的综合性能,其致密度、抗弯强度、硬度(HB)、热膨胀系数(室温)分别为96.4%,310.8 MPa,225.4和7.43×10~(-6)/K。     

铝电解用TiB2/Al2O3复合阴极的烧结与性能研究

以氧化铝溶胶为粘结剂,采用冷压烧结法制备出铝电解用TiB2/Al2O3复合阴极材料,研究了烧结温度、烧结时间和溶胶添加量对复合阴极相对密度、电阻率和抗压强度的影响。结果表明:烧结温度的提高能够增加复合阴极的相对密度,同时有利于降低复合阴极电阻率。1 400℃烧结的复合阴极相对密度可达93.83%,电阻率最低为0.56μΩ.m。随着烧结时间的延长,复合阴极的电阻率先降低后增加。烧结时间为5 h时复合阴极电阻率最低,为0.72μΩ.m。当溶胶含量为25%,1 400℃烧结5 h时,复合阴极材料性能最佳,其电阻率可达0.72μΩ.m、抗压强度为38.70 MPa。     

本刊2006年第1～6期总目次

文题期页.研究与开发.粉体的新压制方程研究13反应钎涂碳化物/铁基自熔合金复合涂层及组织形成机理18喷射成形时雾化压力与静压头对雾化熔滴尺寸影响的理论分析113汽车发动机用无Co排气阀座圈材料的开发118注射成形纯钛脱粘和烧结工艺研究283外应力及磁场对粘接Ni52Mn24.4Ga23.6合金马氏体相变的影响288球磨材质对纳米SiC/Al复合体系混合粉形貌及块体材料微观组织的影响294活性粉末Ni-Al与SiC陶瓷的界面润湿特性和润湿机理研究3163快速凝固喷射沉积制备Al-40Si组织分析3166约束弧等离子体制备铝纳米粉体的研究3170熔体自生原位增韧Al2…     

专利信息

梯度功能陶瓷刀具材料及其制备方法本发明属机械制造和无机非金属材料领域,涉及一种Al2O3/TiC对称型梯度功能陶瓷刀具材料及其制备方法。该梯度功能陶瓷刀具材料具有对称型双向组成分布结构。其制备步骤为:采用湿法工艺分散混料,分别配制不同混合比的Al2O3/TiC复合粉并添加微量烧结助剂,干燥过筛后,按照设计的质量比称取各种不同混合比的复合粉的重量,逐层进行粉末叠层填充,在1 700~1 750℃的烧结温度及30 MPa的压力下进行热压烧结,保温10~20 min,然后随炉冷却。该陶瓷刀具材料各项力学性能指标均高于相同材料体系的普通陶瓷刀具材料,是…     

无压烧结制备透辉石增韧补强氧化铝基结构陶瓷材料

采用温度梯度无压烧结工艺制备了透辉石增韧补强Al2O3基结构陶瓷材料,探讨了其烧结致密化特性,对无压烧结后材料的硬度、断裂韧度和抗弯强度进行了测试和分析;分析了复合材料力学性能随透辉石含量变化的关系;探讨了复合材料断面断裂方式的变化对其力学性能的影响.与纯Al2O3相比,透辉石/ Al2O3复合材料的力学性能得到明显提高,其中AD3[97% Al2O3 + 3%(体积分数)透辉石]综合力学性能较好,其硬度、抗弯强度和断裂韧度分别为15.57 GPa、417 MPa和5.2 MPa·m1/2.力学性能提高的主要原因是添加相与Al2O3基体之间界面反应的发生以及透辉石对复合材料的晶粒细化效应.     

6066Al/SiCp复合材料制备工艺与性能

采用包套挤压和直接热挤压两种不同的方法制备了6066Al/SiCp复合材料,利用扫描电镜、光学显微镜、拉伸试验、摩擦试验等,研究了Mg对其组织特征和力学性能的影响。结果表明：采用包套挤压法制备的试样,添加Mg粉可以使SiC/Al的界面结合紧密,复合材料的力学性能显著提高,热处理状态下材料的抗拉强度、屈服强度分别可达到404MPa、379MPa,摩擦因数为0.518;对包套挤压后试样再进行热轧,析出的Mg2Si相沿热轧方向呈流线分布,材料的强度下降,塑性提高;采用直接热挤压方法制备的复合材料,加入的粘结剂未去除干净残留在制品中,以碳化物杂质的形式存在,影响了材料的性能。     

冷压烧结-热挤压复合工艺制备SiC_p/Al-Si复合材料

采用冷压烧结-热挤压复合工艺制备SiC_p/Al-Si复合材料,用JEM-2100型高分辨电子透射电镜(HRTEM)分析增强体与基体的界面显微组织。结果表明,粉末冶金工艺制备的SiC_p/Al-Si复合材料经热处理后,增强体与基体结合界面清晰平滑,结合良好,性能优良。颗粒增强体SiC和Al基体直接结合,(1103)SiC//(010)Al,错配度δ为0.020 4,衬底相SiC为Al的有效结晶核心,界面易形成半共格界面,有利于提高材料界面的结合强度。合金相Al4Cu9与Al基体界面清晰,完全不共格,经热处理后,合金相Al4Cu9转变为Al2Cu相在Al基体上均匀分布,并形成半共格界面。     

泡孔结构对原位生成TiB2增强铝基泡沫材料阻尼性能的影响

以原位生成TiB2颗粒增强铝合金为基体,在不同正压压力条件下通过熔体发泡法制备不同泡孔结构特征的Al-TiB2复合泡沫,借助CT,SEM等手段重点研究了泡孔结构对Al-TiB2复合泡沫阻尼性能的影响和阻尼机制.研究结果表明,随着外加压力的增大,Al-TiB2复合泡沫材料的孔隙率逐渐减小,材料的屈服强度和杨氏模量逐渐增大,损耗因子逐渐降低.在试验温度范围内,Al-TiB2复合泡沫材料的损耗因子比具有相似孔隙率的纯铝泡沫提高了35％～80％.原位生成的TiB2颗粒能与铝基体形成大量的Al-TiB2相界面,孔隙率的增大能够提高复合泡沫的比表面积;大量的相界面和较高的比表面积均能提升振动过程中Al-TiB2复合泡沫的内耗源,从而提高泡沫材料的阻尼性能.