Al2O3-SiO2纤维增强ZL108合金复合材料的强度特性

用低成本的Al₂O₃-SiO₂系纤维作为增强相,通过加压铸造法制作ZL108合金复合材料,并对该复合材料和ZL108合金进行不同温度下的时效处理和压缩试验。通过DSC、EPMA和TEM分析认为:经488K、0.5h时效处理(T6处理)的V_f 20%的复合材料在573K以下的压缩屈服强度低于ZL108合金,是由于基体中的Mg与Al₂O₃-SiO₂纤维在加压铸造过程中起化学反应而生成MgAl₂O₄,损耗了基体中的大量Mg,导致基体铝合金时效硬化效果很差,所以压缩屈服强度低下。623K、720h保温后的V_f 20%的复合材料的压缩屈服强度比ZL108合金要高得多,是由于在这种温度环境下对ZL108合金来说是过时效,所以纤维的增强怍用显得明显。在高温(673K)下V_f 20%的复合材料的屈服强度比ZL108台金高一倍左右。不论在什么温度场合下V_f5%的复合材料的屈服强度比V_f 20%的复合材料都低。     

氧化铝体积分数对Al2O3f+Cf/ZL109混杂复合材料干滑动摩擦磨损行为的影响

利用挤压铸造法制备了Al₂O_3f+C_f/ZL109短纤维混杂金属基复合材料,并探讨了Al₂O₃纤维对该混杂复合材料干滑动摩擦磨损行为的影响。结果表明:混杂复合材料的摩擦系数以及从轻微磨损到急剧磨损转变的临界载荷均随着Al₂O₃体积分数的增加不断增大。在轻微磨损阶段,复合材料的主要磨损机制为犁沟磨损和层离,且Al₂O₃体积分数为12%时混杂复合材料的磨损率最低。发生严重磨损时,基体和复合材料的磨损机制均为严重的粘着磨损。     

原位合成TiB2/ ZL109 复合材料的高温蠕变行为

采用原位合成方法制备了TiB₂ 超细颗粒增强ZL109 复合材料, 对材料进行了高温拉伸蠕变实验。实验结果表明, 复合材料在高温恒应力条件下, 表现出高的名义应力指数和高的名义蠕变激活能, 优于纯Al 和ZL109 合金, 而且比常规外加颗粒复合材料具有更好的高温蠕变性能。引入门槛应力概念, 复合材料的蠕变实验结果能够用微观结构不变模型来解释, 说明复合材料的蠕变受到基体点阵扩散的控制。复合材料的蠕变断裂行为可以用Monkman2Grant 经验公式来描述, 蠕变断裂特征为延性断裂。     

基体特性对D-Al2O3/Al 合金复合材料力学行为的影响

基体行为是短纤维增强金属基复合材料中一个重要的因素。本文将通过实验分析方法和在一定的理论分析模型上, 借助于弹塑性有限元分析方法, 对基体特性的变化对D-Al₂O₃/Al 合金复合材料力学行为的影响作较为详细的研究, 其中包括基体性能对应力传递、抗拉强度以及断裂机理的影响。研究表明, 基体性能的变化显著影响基体与纤维间的应力传递, 从而对复合材料的抗拉强度和断裂机理产生较大的影响。     

铝合金/Al2O3-SiO2颗粒复合材料的试制和性能

本研究采用压力铸造法,把Al₂O₃-SiO₂颗粒与铝合金进行复合,并就所得到的复合材料与ZL108合金就磨损、拉伸等进行对比试验。试验结果表明:该复合材料不管在常温或高温(400℃)下其耐磨性(与zL108合金相比)提高十倍以上,而高温强度提高一倍以上。但在带有疲劳破坏的磨损中,其耐磨性提高不明显,而且对对磨材料还有加速磨损的缺点。     

原位生成TiB2/ZA27复合材料的制备与性能

以Al熔液为载体,采用原位反应生成形状规则、尺寸细小的TiB₂颗粒相,再将TiB₂颗粒传递到ZA27合金中,形成TiB₂颗粒增强的ZA27复合材料。采用合理的熔炼工艺促进了TiB₂颗粒在基体中的均匀分布。实验结果显示,TiB₂颗粒在ZA27复合材料中,分布均匀,平均直径在3 μm以下。TiB₂颗粒的加入使得复合材料的晶粒明显细化,并随着TiB₂颗粒含量增加,复合材料的抗拉强度、硬度明显提高,2.1%TiB₂/ZA27复合材料与基体合金相比室温抗拉强度提高13%、布氏硬度提高21%,弹性模量也有所提高,在强度、硬度及弹性模量提高的同时,材料的塑性并未恶化,延伸率略有提高,另外,材料的热膨胀系数随着TiB₂颗粒的加入有所降低。     

热处理对Al2O3f+Cf/ZL109混杂复合材料干滑动摩擦磨损性能影响的统计学研究

利用挤压铸造法制备了Al₂O_3f+C_f/ZL109短纤维混杂增强金属基复合材料,并利用统计学方法对比研究了在滑动速度为0.837 m/s、压力为196 N的条件下热处理对该混杂复合材料干摩擦磨损性能的影响。研究结果表明:铸态和热处理态复合材料的磨损率和摩擦系数均服从正态分布,铸态复合材料的磨损率和摩擦系数均值都大于热处理态复合材料,热处理有利于复合材料摩擦磨损性能的提高。铸态复合材料的磨损机制主要为犁沟磨损和层离,热处理后复合材料抗层离的能力增强,磨损机制主要为轻微的犁沟磨损。     

原位反应法制备Cf/SiC复合材料MoSi2-SiC-Si涂层

以C_f/SiC复合材料为基体, 采用原位反应法制备了MoSi₂-SiC-Si涂层, 借助XRD、扫描电镜及能谱对涂层的结构及组成进行了分析研究, 并考查了其高温抗氧化性能. 结果表明, 涂层总厚度约120μm, 主要由MoSi₂、SiC和Si组成. MoSi₂-SiC-Si涂层具有优异的高温抗氧化性能, 在1500℃静态空气中氧化96h, 涂层试样失重仅1.8%. 涂层试样失重的主要原因是由于氧气通过涂层中的贯穿性裂纹与C_f/SiC复合材料基体发生了反应.     

原位反应法制备Al/Al3Ti复合材料组织和性能

本研究采用一种新型的原位反应工艺,使TiO₂粉剂与纯铝熔体反应,生成Al3Ti颗粒,然后采用搅拌铸造法制备Al/Al₃Ti复合材料。生成的Al₃Ti颗粒尺寸细小,为2～3μm,而且分布均匀,与基体结合好。当TiO₂加入量为纯铝基体的30wt%、反应温度为920℃时,复合材料的抗拉强度比纯铝基体提高71.5%,硬度提高134%,而延伸率较纯铝稍有下降。     

(Al2O3)f/Al复合材料在强界面结合下的疲劳损伤模式

在拉-拉载荷下测定了(Al₂O₃)_f/Al复合材料的疲劳寿命(S-N)曲线。通过夭折试验以及SEM疲劳断口和纵截面组织结构分析,研究了复合材料的疲劳损伤模式。研究结果表明,(Al₂O₃)_f/Al复合材料的疲劳极限为750MPa,远高于SCS-6碳化硅纤维增强钛基复合材料。该复合材料兼有钛基和树脂基纤维复合材料疲劳损伤的特点,高应力下由单个裂纹的起源和生长导致复合材料的失效;低应力下,疲劳损伤模式包括纤维劈裂、众多基体裂纹和单个基体裂纹的横向扩展。其中纤维劈裂是主控机制。其更高的疲劳极限可归因于低应力下纤维的纵向劈裂。     

二氧化钛对PP/SPTW复合材料性能的影响

目的研究不同质量分数的二氧化钛(TiO_2)对聚丙烯/六钛酸钾晶须复合材料力学性能的影响,并找出TiO_2的最佳质量分数。方法首先采用硅烷偶联剂KH550改性二氧化钛和六钛酸钾晶须(SPTW),然后将改性过的二氧化钛与改性过的六钛酸钾晶须、马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)、聚丙烯(PP)通过熔融共混法制得PP/PP-g-MAH/SPTW/TiO_2复合材料。结果比较了不同含量二氧化钛对聚丙烯/钛酸钾晶须复合材料性能的影响。研究表明,二氧化钛能够明显改善复合材料的力学性能,随着二氧化钛含量的递增,复合材料的力学性能总体呈先增加后降低的趋势。当二氧化钛质量分数为1%时,复合材料的弯曲强度、拉伸强度和冲击强度分别增大了35.2%,41.2%和33.7%。随着TiO_2质量分数的继续增加,复合材料的弯曲强度逐渐开始下降,拉伸强度和冲击强度在其质量分数超过2%时逐渐开始减小。结论当TiO_2质量分数约为2%时,复合材料的综合力学性能最佳。     

Interfacial reactions in K2Ti6O13(w)/Al2O3/Al composite

Abstract

A pure Al matrix composite, reinforced by potassium titanate whiskers coated with sol–gel alumina, was fabricated by squeeze casting. Good interface bonding was achieved in the coated composite. Interfacial reactions in the composite were found to be less severe than those in an uncoated composite, owing to the barrier effect of sol–gel -Al₂O₃ coating. After the composite was thermally exposed at 530°C for 30 h, the alumina coating still restrained the decomposition of the whisker structure, and thus prevented a decrease in the strength of the composite. However, after a thermal exposure at 700°C for 10 h, the coating was no longer held on whisker surfaces. Mechanical testing showed that tensile fracturing of the coated composite tended to occur at the coating/matrix interface where the interfacial bonding is weaker than at the coating/whisker interface.     

Al-Cu-Mg-Ag合金与ZL205A合金性能与微观组织对比

采用半连续铸造法分别制备了Al-Cu-Mg-Ag合金与ZL205A合金。对两种铝合金的流动性能、室温及高温拉伸性能、拉伸断口形貌、晶间腐蚀性能和微观组织进行了对比分析。结果表明:浇铸温度为720℃和740℃时,Al-Cu-Mg-Ag合金的流动性能均优于ZL205A合金的。室温、150℃、200℃、250℃下,Al-Cu-Mg-Ag合金的强度均高于ZL205A合金的,且随着温度的升高,其强度降低的幅度要明显低于ZL205A合金的,两种材料的室温伸长率基本相当。Al-Cu-Mg-Ag合金的晶间腐蚀深度在182～246 μm之间,优于ZL205A合金的274～337 μm。Al-Cu-Mg-Ag合金无析出带的宽度要窄于ZL205A合金的。      

纤维预热温度对连续Al2O3f/Al复合材料力学性能的影响

选用Nextel610型Al₂O₃纤维为增强体、ZL210A连续氧化铝合金为基体,采用真空压力浸渗法制备纤维增强铝基复合材料(Al₂O_3f/Al),纤维的体积分数为40%,预热温度分别为500、530、560和600℃,研究了纤维预热温度对Al₂O_3f/Al复合材料的微观组织、纤维损伤和力学性能的影响。结果表明：随着纤维预热温度的提高复合材料的致密度随之提高,最大达到99.2%,材料的组织缺陷最少,纤维的分布均匀;随着纤维预热温度的提高从复合材料中萃取出来的Al₂O₃纤维的拉伸强度不断降低,纤维预热温度为600℃的复合材料中Al₂O₃纤维的拉伸强度仅为1150 MPa,纤维表面粗糙,有大尺寸附着物。纤维的预热温度对Al₂O_3f/Al复合材料的拉伸强度有显著的影响。预热温度为500、530、560和600℃的复合材料其拉伸强度分别对应于298、465、498和452 MPa。组织缺陷、纤维损伤和界面结合强度,是影响连续Al₂O_3f/Al复合材料强度的主要因素。     

钛酸钾晶须增强铝基复合材料的热循环尺寸稳定性

用挤压铸造工艺制备了钛酸钾晶须增强铝基复合材料,研究了其热膨胀系数和热循环尺寸稳定性。复合材料的热膨胀系数低于ZL109合金且随晶须含量的增加而降低。50℃~280℃热循环实验中,ZL109合金和复合材料中都观察到应变滞后现象。ZL109合金的热循环曲线具有最大的应变滞后和残余塑性应变,而30 vol%复合材料热循环前后几乎没有尺寸变化,具有很高的尺寸稳定性。最后,我们认为可以用热循环曲线来分析工作在变温环境下的结构材料的尺寸稳定性和失效。     

硅酸铝短纤维增强AZ91D复合材料的界面微观结构及力学性能

以晶化的硅酸铝短纤维（Al₂O₃-SiO₂ ）_sf为增强体、用磷酸铝为预制体粘结剂,通过挤压浸渗工艺制备了（Al₂O₃-SiO₂ ）_sf /AZ91D镁基复合材料。通过光学显微镜、TEM和HREM分析研究了复合材料的界面微观结构和界面反应产物。结果表明：用挤压浸渗法制备的硅酸铝短纤维增强AZ91D镁基复合材料的界面厚度约为100 nm,界面上除有一定数量的MgO颗粒和少量的MgAl₂O₄和Mg₂Si颗粒外, 还有少量的MgP₄等反应产物存在;硅酸铝增强纤维与镁合金基体之间形成了较强界面结合,界面微观结构比较理想。力学性能测试表明,与AZ91D基体合金相比,复合材料的室温抗拉强度提高了约18%,弹性模量提高了约58%。     

铝基复合材料摩擦磨损性能研究

为研究碳纤维对Al1O3f/ZL109复合材料摩擦磨损性能的影响,进一步提高金属基体的摩擦磨损性能,利用液态模锻法制备了(Cf,Al2O3f)/ZL109复合材料,并研究了该材料的摩擦磨损性能.结果表明:各种(Cf,Al2O3f)/ZL109复合材料的磨损量均随载荷的增加而增大,但复合材料的磨损量均低于ZL109基体,且在总纤维体积分数为12%的复合材料中,(4?,8%Al2O3f)/ZL109复合材料具有最低的磨损量;各种(Cf,Al2O3f)/ZL109复合材料的摩擦因数均随载荷的增加而减小.(Cf,Al2O3f)/ZL109复合材料的耐磨性由碳纤维与氧化铝纤维性能及基体共同决定.     

基体合金对连续M40石墨纤维/Al复合材料纤维损伤及断裂机制的影响

选用M40石墨纤维为增强体,采用真空气压浸渗法制备了纤维体积分数为40%,基体合金分别为ZL102、ZL114A、ZL205A及ZL301合金的连续M40/Al复合材料,并用NaOH溶液萃取出M40纤维,研究了基体合金对连续M40/Al复合材料纤维损伤和断裂机制的影响。结果表明:不同的基体合金对M40纤维造成的损伤差异较大,从M40/ZL301复合材料中萃取的纤维拉伸强度最高,其拉伸强度为1 686 MPa,约为纤维原丝拉伸强度的38.3%;而从M40/ZL102复合材料中萃取的纤维拉伸强度最低,其拉伸强度仅为687 MPa,且纤维表面粗糙程度不一。不同M40/Al复合材料的断裂机制存在明显差别,M40/ZL102和M40/ZL114A复合材料断裂时无纤维拔出及界面脱粘,裂纹横向穿过纤维导致复合材料在低应力下失效;M40/ZL205A复合材料则表现为少量纤维拔出,界面轻微脱粘;同时,M40/ZL301复合材料表现为大量纤维拔出,裂纹沿界面纵向扩展,界面脱粘明显,纤维充分发挥其承载作用,复合材料的拉伸强度最高,达到了670.2 MPa。      

聚丙烯酸酯/纳米TiO2复合皮革涂饰剂的研究

以钛酸丁酯为纳米TiO2的前驱体,丙烯酰胺、醋酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯为单体,乙烯基三乙氧基硅烷(A-151)为偶联剂,采用双原位乳液聚合法制备聚丙烯酸酯/纳米TiO2复合涂饰剂。考察引发剂用量、反应时间及钛酸丁酯用量对乳液及其涂膜性能的影响,并采用红外光谱和透射电镜对复合涂饰剂的结构进行表征。结果表明,随着引发剂和钛酸丁酯用量的增加,涂膜的抗张强度先减小后增大,断裂伸长率先增大后减小,耐水性先增加后减弱;而随着反应时间的延长,涂膜的抗张强度及断裂伸长率呈现与引发剂和钛酸丁酯用量相反的趋势,耐水性基本呈现减弱趋势。红外光谱及透射电镜结果表明纳米TiO2存在于聚丙烯酸酯中,且主要存在于聚丙烯酸酯乳胶粒的表面。