原位反应制备颗粒增强钛基复合材料的研究进展

原位反应制备的颗粒增强钛基复合材料中增强颗粒与基体的相容性好,复合材料高温性能稳定,成为制备高性能颗粒增强钛基复合材料的首选途径.目前,粉末冶金法、熔铸法、放热弥散法、燃烧合成法和机械合金化法都已用于原位反应制备颗粒增强钛基复合材料.综述了这些制备方法的原理、特点以及制备出的复合材料的组织和性能,指出了原位反应制备颗粒增强钛基复合材料今后的发展方向.     

自生法制备纳米-微米颗粒增强B4C基复合材料

采用原位自生法设计并制备了一种新型纳米-微米颗粒增强B4C基复合材料:Al2O3-TiB2/B4C.理论计算和实验证明,可在相对较低的温度(1950℃)下成功实现预期的原位反应,得到完全致密化的复合材料.复合材料中生成细小均匀的微米级Al2O3和TiB2颗粒增强相,并在B4C晶粒内部形成Al2O3纳米颗粒增强相,得到晶间/晶内复合增强的组织结构.复合材料具有优异的综合力学性能,维氏硬度值达到28.8GPa,断裂韧性高达8.27 MPam1/2,耐磨性能大幅提高,K IC3/4*HV1/2达到26,是一种很有发展潜力的复合材料.还探讨了该种纳米-微米颗粒增强复合材料的韧化机制.     

原位化学法制备纳米ZrO2/Cu复合材料的研究

为了提高铜基复合材料的强度和电导率,采用具有良好机械性能和热物理性能的ZrO2(3%(摩尔分数)Y2O3)作为增强相,原位化学法制备了ZrO2纳米颗粒增强铜基复合材料,其主要制备工艺包括前驱复合粉体CuO、ZrO2的制备,经氢气还原得到ZrO2/Cu复合粉,再经过压制,真空烧结,复压等工序制得最后的样品.研究了制备工艺包括初压压力,烧结温度、时间对材料性能的影响;结果表明,在初压压力为550MPa,975℃烧结1.5h时,可得到最佳性能复合材料.透射电镜观察表明,在ZrO2/Cu纳米复合粉中,氧化锆纳米颗粒形状为圆形和四方形,平均尺寸约为20nm左右.纳米ZrO2在基体中分布均匀,细化了晶粒,提高材料硬度,使复合材料具有良好的综合性能.随着ZrO2含量的提高,密度、电导率降低,硬度升高.     

纳米Cu-Al2O3复合材料的烧结法制备研究

研究了纳米Al2O3陶瓷颗粒增强铜基复合材料制备技术.选用纳米级Al2O3陶瓷颗粒作为增强相,采用超声波增强化学镀的方法完成对纳米Al2O3陶瓷颗粒金属铜包覆,热压烧结成纳米Al2O3陶瓷颗粒增强铜基复合材料,开采用XRD、TEM等分析测试技术对其组织性能进行研究.     

化学气相沉积法制备原位生长三维石墨烯/铜基复合材料

本研究通过脱合金化和化学气相沉积相结合的方法,以纳米多孔铜为基底,制备了三维石墨烯/铜基复合材料.该复合材料电导率在93.5％IACS的情况下,硬度和抗拉强度分别达到55.2 HV和330 MPa.相较于一般的铜基复合材料,原位合成制备的石墨烯不仅可在多孔铜基体内三维连续分布铺展生长,而且高质量生长并且均匀分散的薄层石墨烯对复合材料的物理与机械性能增强起到重要作用.为石墨烯/金属基复合材料研究提供了新思路.     

电铸nano-Al2O3 / Cu 复合材料的组织与性能

采用复合电铸工艺, 在硫酸铜镀液中加入纳米氧化铝颗粒制备了纳米颗粒弥散增强铜基复合材料, 利用扫描电镜、电子透镜对复合材料的表面、拉伸断面和摩擦磨损表面的形貌以及微观组织进行了观察, 并对显微硬度、拉伸性能、磨损性能及电阻率进行了研究。结果显示, 氧化铝颗粒及其团聚体以纳米级尺寸弥散分布在铜基体中, 且与铜基体结合良好。复合材料的硬度最大增幅达42 %。氧化铝颗粒含量在1. 26 %时, 复合材料的拉伸强度和延伸率分别高达385 MPa 、26 %。相对电铸纯铜, 复合材料的耐磨性能明显提高, 而复合材料的电阻率最大增幅小于6 %。     

纳米Al_2O_3增强金属基复合材料的研究进展

纳米Al_2O_3颗粒具有优异的力学性能,加入金属中可以大幅提高材料的拉伸强度、屈服强度、硬度等常温力学性能及高温性能。在目前的实验室及工业生产中,制备纳米Al_2O_3应用最广泛的是液相法,包括沉淀法、溶胶-凝胶法、水解法、微乳液法等。纳米Al_2O_3增强金属基复合材料可以通过外加法或原位法制备。外加法是在制备复合材料之前单独合成纳米Al_2O_3颗粒,结合粉末冶金、熔铸等方法引入金属基体,但往往容易出现纳米增强体团聚及增强体与基体界面结合不好。适当的加工工艺,如机械合金化、摩擦搅拌工艺,能在一定程度上弥补这些缺点。原位法是使金属Al发生氧化反应,或基体中其他元素的氧化物与金属Al发生铝热反应生成Al_2O_3,再通过热压、挤出等致密化手段来制备纳米Al_2O_3增强金属基复合材料。原位法制备的复合材料往往增强相与基体界面结合更好,且纳米Al_2O_3在基体中分布更均匀、分散。纳米Al_2O_3在金属基复合材料中增强机制主要有两方面,一是Orowan机制,弥散在金属晶粒内部的纳米Al_2O_3颗粒起到阻碍位错通过的作用;二是部分纳米Al_2O_3分布在金属晶界附近,阻止晶界移动,从而阻止晶粒长大。最后展望了纳米Al_2O_3增强金属基复合材料的发展前景,指出显微组织结构的构型设计是进一步提高这类材料综合力学性能的有效途径。     

原位生成球状VC颗粒增强不锈钢基复合材料的制备工艺优化

用原位生成法制备了球状VC颗粒增强不锈钢基复合材料.利用正交设计实验法,确定了制备该复合材料的最佳工艺.采用SEM,XRD等测试手段对复合材料的微观组织和相结构进行观察,证实了该复合材料基体上弥散分布着球状VC增强颗粒.讨论了浇注温度、保温时间等因素对形成VC增强颗粒的影响.实验验证了制备复合材料的最佳工艺.     

颗粒增强铜基复合材料研究进展

颗粒增强铜基复合材料在基本保持金属铜优良导电和导热性能的基础上大大提高了铜基复合材料的强度和耐磨性,是一种具有良好发展前景的复合材料.回顾了近年来颗粒增强铜基复合材料的增强相和制备方法的发展,并指出了今后研究发展的方向.     

原位合成VC颗粒增强钢基复合材料组织及其形成机理

研究了铸造法制备的原位VC_P增强钢基复合材料的组织和性能,探讨了复合材料的组织形成机理。结果表明,原位VC_P增强钢基复合材料具有浇铸温度低(1723~1773 K),铸造成型性好的特点,适用于制备体积分数较高的颗粒内生复合材料;原位合成的VC颗粒细小,体积分数可达15 ％左右,并在基体中均匀分布;在复合材料组织中发现三种类型的VC增强相,即自熔体中析出的颗粒状VC,条状共晶VC和二次析出粒状VC;通过基体合金化,可以明显提高复合材料的组织稳定性,经923 K回火后,硬度可维持在HRC 60左右,明显提高了复合材料的高温磨损性能。     

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.

     

Influence of Mg Addition on Graphite Particle Distribution in the Al Alloy Matrix Composites

Al alloy matrix composites reinforced with copper-coated graphite particle have been prepared by melt stirring process in this work. The effect of the addition of Mg on distribution of the graphite particles has been investigated. Scanning electron microscopy (SEM) was used to observe the micro-morphology of Al alloy matrix composites reinforced with graphite particles. Meanwhile, the content of graphite was analyzed in the different position of casting by dissolution method and the mechanical properties of the composites were detected. The results show that the content of graphite increase with increasing Mg content; the graphite particles distribute uniformly in the particle reinforced metal matrix composites (PMMC) with 0.6 wt pct Mg; however, the agglomeration of the graphite particles is observed obviously in the matrix when Mg content is more than 1.0 wt pct. In addition, the proper Mg addition amount is beneficial to enhance the mechanical properties of the graphite particles reinforced Al alloy matrix composites and the abrasion resistance of the materials due to a reduce friction coefficient.     

多层次微观复合陶瓷的力学性能和优化分析研究

研究了不同层次微观复合陶瓷的力学性能随纳米和微米颗粒含量变化的影响。结果表明材料强度与韧性的改善与两种弥散相含量及其相对比例有关。优化分析可表征临界裂纹长度的变化规律, 当纳米SiC_n 含量为3～ 12vo l% , 材料内部的裂纹长度较小且随微米SiC_P 含量增加而略有增大。达到最大韧性时弥散相的优化体积分数(9. 7vo l% , 9. 7vo l% ) 要高于达到最大强度时的弥散相含量(7. 9vo l% , 7. 9vo l% ) , 表明韧性与强度最大值的组成点不一致, 其原因在于瓷体内部缺陷对其敏感程度不同。     

Effect of enhanced interfacial reaction on the microstructure,phase transformation and mechanical property of Ni–Mn–Ga particles/Mg composites

This study investigated the microstructure, phase transformation and mechanical property of Ni–Mn–Ga particles/Mg composites with a strong interfacial reaction between the particles and the matrix. The strong interfacial reaction was related to the large surface area and energy per unit volume of the flaky shape Ni–Mn–Ga particles that favors the reaction between the particles and matrix. The martensitic transformation behavior was largely weakened due to the interfacial reactions and thus the reduced volume fraction of Ni–Mn–Ga particles. The composites exhibited a much improved compressive strength and ductility in comparison with that of the Ni–Mn–Ga alloy. The compressive plasticity of the composites was decreased when the Ni–Mn–Ga particle content exceeded 40 wt%. In comparison with the Mg-composites with large size Ni–Mn–Ga particles, the composites with small size particles would have a much stronger interfacial reactions, which was detrimental to the phase transformation and mechanical ductility of the composites. The investigation results in this article could provide a reference for the design and preparation of the particles reinforced metal matrix functional composites.     

TiN、AlN弥散相强韧化Al2O3基复合材料的工艺研究

在N2保护下，采用反应烧结制得TiN、AlN弥散相强韧化A12O3基复合材料。用SEM和X射线衍射法分析了试样的成分分布和显微结构，发现用该技术制备的复合陶瓷材料中，含有纳微米混合分布的AlN晶粒。通过测试试样的密度和各项力学性能，可以看出TiN、AlN弥散相强韧化Al2O3基复合材料有较为明显的效果。本文重点分析了制备工艺和成分配比对复合材料性能的影响。     

无机颗粒增强聚合物基复合材料耐磨性能影响因素研究进展

为了更好地指导无机颗粒增强聚合物基耐磨复合材料的优化设计,全面回顾了复合材料各组分对复合材料耐磨性能的影响。根据复合材料组成,将无机颗粒增强聚合物基复合材料耐磨性能影响因素分成5类:纳米/微米无机颗粒填充量、纳米/微米填充颗粒粒径、不同粒径无机颗粒的级配、无机颗粒与纤维的协同增强和无机颗粒表面处理。从能量角度,即各因素对材料内部结合键的断裂所吸收的外部冲击功和摩擦功的影响,分析了各因素对复合材料耐磨性能的影响。在回顾前两个因素对复合材料耐磨性影响时,发现都存在使材料耐磨性能最佳的最佳颗粒填充量和最佳颗粒粒径。对于微米颗粒(粒径50μm),颗粒填充量比粒径对复合材料耐磨性能影响更大,应尽可能提高颗粒最佳填充量。对于纳米颗粒,颗粒粒径则是影响材料耐磨性能的关键因素,应尽可能降低最佳颗粒粒径。另外,颗粒的表面改性和级配都能通过提高颗粒最佳填充量和综合力学性能来提高复合材料的耐磨性能。无机颗粒与纳米纤维的混杂填充使复合材料同时具备最优的耐磨性能、摩擦系数以及优异的变载荷适应性。     

微纳米SiO2/PP复合材料增强增韧的实验研究

为了研究无机刚性颗粒对通用塑料聚丙烯 (PP) 的力学性能的影响, 采用熔融共混方法制备了经硅烷偶联剂A-151处理的SiO₂/PP 复合材料, 并通过其缺口冲击、 拉伸、 弯曲试验和冲击断面的形貌观察, 分析研究了微纳米SiO₂颗粒大小、 填充量、 表面改性以及不同颗粒大小SiO₂混合物对PP复合材料增韧、 增强效果的影响。实验结果表明: 纳米SiO₂的加入可以同时改善其韧性、 刚性和强度; 填充量相同, 颗粒越细, SiO₂/PP复合材料的力学性能越好。SiO₂经改性后填充到PP基体中, 明显改善了颗粒在基体中的分散性及基体与颗粒之间界面结合性能, 使复合材料的综合力学性能得到提高。不同颗粒大小的SiO₂混合后填充到PP基体中, 混合SiO₂的协同效应使复合材料拉伸、 弯曲性能进一步提高, 对PP基体具有更好的增强效果, 但其冲击性能下降。     

包覆混料对镀铜混合尺寸SiCp/Fe力学性能的影响

为探索提高SiCp/Fe力学性能的途径,采用包覆混料工艺,研究了该工艺对镀铜SiCp/Fe力学性能的影响,以及该工艺下增强粒子混合尺寸的影响.结果表明:包覆混料相比于普通混料,可显著改善SiC粒子在基体中分散的均匀性,而镀铜的作用是显著消除界面缺陷;性能的改善是包覆混料改善粒子分散性和镀铜改善界面结合的综合结果.对于体积分数30%SiCp/Fe的抗拉强度,通过包覆改善均匀性的贡献可提高7.2%,通过镀铜消除界面缺陷的贡献可提高12.5%,因此减少界面缺陷对颗粒增强复合材料力学性能的提高更重要.混合尺寸粒子对力学性能的增强效果明显高于其对应单一尺寸,这是由于小尺寸粒子能有效地提高基体的强度,而大尺寸颗粒更有效地承担载荷传递的作用.     

颗粒种类及制备工艺对铜基材料性能影响

以纯铜为基体,以WC、AlN、TiN、MgB2等具有不同导电性能与密度的陶瓷颗粒为增强相,采用粉末冶金工艺制备了WCp/Cu、AlNp/Cu、TiNp/Cu和MgB2p/Cu系列复合材料.研究了不同增强颗粒、制备工艺的不同环节对铜基复合材料导电性能的影响.结果表明:相同制备工艺及体积分数条件下,以具有不同导电性能与密度的陶瓷颗粒作为增强相的铜基复合材料的导电性能相近,混粉、压制、烧结、复压及复烧等工艺环节对铜基复合材料导电性能有不同程度的影响,提高铜基复合材料的致密度为提高其导电性能的关键.     

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。