Al-Zr-O-B体系原位合成颗粒增强铝基复合材料及其性能

研究了采用Al-Zr(CO3)2-KBF4组元通过熔体反应法原位合成颗粒增强铝基复合材料.X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析表明:内生增强相颗粒为ZrAl3、ZrB2和Al2O3,粒度为3～4μm,且在基体中弥散分布.复合材料的力学性能和干滑动磨损特性研究表明:在反应物加入量为0～20%(质量百分数)范围内时,复合材料的抗拉强度和屈服强度较纯铝基体明显提高,当反应物加入量为20%时,抗拉强度为150.3 MPa,屈服强度为113.7 MPa.当反应物加入量为5%时延伸率最佳为33%,属塑性断裂.复合材料的耐磨性较铝基体显著提高,当反应物加入量为10%时耐磨性最好.铝基体的磨损机制是粘着磨损,而(ZrAl3 ZrB2 Al2O3)p/Al复合材料的磨损机制是磨粒磨损.     

原位合成TiB_2/ZL109复合材料的力学性能

通过原位合成法成功制备了亚微米级TiB_2颗粒增强ZL109复合材料,测量了不同颗粒含量复合材料的弹性模量和25～400℃的抗拉强度(UTS)。结果表明,复合材料的弹性模量随颗粒含量提高而提高,颗粒含量15%(质量分数,下同)时,复合材料的弹性模量比基体合金提高了32%；抗拉强度也明显高于基体合金,10%TiB_2 /ZL109复合材料在260℃时的强度比基体合金提高了105MPa。     

原位TiB2颗粒增强铝基复合材料及其力学性能

对原位反应合成TiB2／A356铝基复合材料微观组织和力学拉伸性能进行了研究。结果表明，原位反应生成的颗粒增强相在复合材料基体中分布均匀，基体与颗粒间的界面洁净。复合材料强度随着颗粒含量的增加显著提高，与基体合金相比，TiB2质量分数为8％的TiB2／A356复合材料强度和弹性模量的提高幅度约为28％，TiB2质量分数为16％的TiB2／A356复合材料强度和弹性模量的提高幅度约为35％。复合材料的断裂主要是由于基体与颗粒界面脱粘，在拉伸应力作用下由此萌生微裂纹并扩展，导致界面处的基体撕裂，从而降低复合材料塑性。     

搅拌铸造竹叶灰铝基复合材料的显微组织和力学性能（英文）

以从农业废物中分离出的竹叶灰(BLA)为增强剂,当竹叶灰(BLA)含量分别为2%、4%和6%时,以Al-4.5%Cu合金为基体,采用搅拌铸造方法制备复合材料。该复合材料由于基体和增强粒子之间的有效结合,而具有优越的性能。采用各种试验确定该复合材料的力学性能,如密度、孔隙度、硬度和抗拉强度。将所得结果与基体合金相进行比较。采用OM、SEM-EDAX和XRD分析方法对所选基体合金中增强粒子的分散性进行分析。结果表明,复合材料中BLA颗粒均匀分布于晶体内。此外,还观察到BLA颗粒与基体合金有良好的结合,且界面清晰。随着BLA颗粒质量分数的增加,复合材料的密度降低,而孔隙度增大。当复合材料中BLA颗粒含量达到4%时,材料的硬度和抗拉强度都增加,而当BLA含量进一步增加时,硬度和抗拉强度都会降低。     

转喷微注法制备Al_2O_3/7075铝基复合材料的组织及力学性能

通过转喷微注法制备Al_2O_3/7075复合材料,自行设计了转喷微注装置,利用氩气流将增强体颗粒注入熔融金属液,解决了增强体颗粒不易进入金属内部的问题。试验选用不同含量(质量分数分别为0、2%、4%和6%)的亚微米Al_2O_(3p)作为增强相制备Al_2O_3/7075复合材料,并对其组织性能进行观察与测试。结果表明,这种工艺制备成的Al_2O_3/7075复合材料的晶粒组织较不含Al_2O_3的基体合金小,当Al_2O_3的质量分数为4%时,Al_2O_3/7075复合材料的拉伸强度达到最高值182 MPa,较基体铝合金的拉伸强度提高了20%,硬度从HB76提升到HB113,提高了48%;如果进一步增加增强相含量,则复合材料拉伸性能开始出现下降的趋势。     

SiCp／Mg-6Al-0．5Mn复合材料的组织与力学性能

采用压力浸渗制备了体积分数为51.5%的SiCp/Mg-6Al-0.5Mn镁基复合材料.通过力学性能测试与组织观察,研究了高体积分数SiC颗粒增强体对基体合金的显微组织与力学性能的影响.结果显示,在Mg-6Al-0.5Mn基体合金中加入体积分数为51.5%的SiC颗粒后,复合材料的压缩性能得到了大幅度的提高,室温下的抗压缩强度从329.5 MPa增大到624.8 MPa.SiCp/Mg-6Al-0.5Mn复合材料的组织致密,分布均匀,其断裂方式包括界面脱开、基体韧断和增强体开裂.SiC颗粒与基体之间发生了界面反应,生成了纳米级的Mg2Si化合物.     

原位纳米ZrB2颗粒增强7085铝合金的微观组织与力学性能研究

本文通过原位合成技术，成功制备了纳米ZrB₂颗粒增强7085铝合金基复合材料。采用金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪进行表征，并进行力学性能测试，研究了ZrB₂纳米增强体对7085铝合金的显微组织和力学性能的影响。结果表明，ZrB₂纳米增强体可以显著提高7085铝合金的强度。但是随着增强体体积分数增大，ZrB₂颗粒团聚现象加剧，不利于复合材料的塑韧性提高。同时，在复合材料中引入微量稀土元素Sc可使纳米ZrB₂颗粒团聚现象得到改善，并进一步细化基体晶粒，使复合材料的强度和延长率都得到提高。当ZrB₂含量为2%(体积分数)、Sc含量为0.4%(质量分数)时，复合材料的抗拉强度为534 MPa、伸长率为10.2%，相较于7085铝合金基体分别提高了17.4%、14.6%。     

增强相含量对SiC_P/2024复合材料显微组织和力学性能的影响

采用热等静压的方法制备了不同比例SiC颗粒增强相增强铝基复合材料,研究了SiC质量分数在15wt%～20wt%条件下,增强相含量对SiC_P/2024复合材料微观组织、拉伸性能及硬度的影响。结果表明:SiC颗粒在铝基体中呈骨架连续分布,经固溶热处理和自然时效后,晶粒尺寸增大,整体均匀化,界面结合状态良好,SiC_P/2024复合材料的拉伸强度有明显的提高;当SiC质量分数在15wt%～20wt%时,随着增强相含量的增加,SiC_P/2024复合材料抗拉强度和硬度变化不大,但会提高材料的屈服强度。相比未添加SiC颗粒的铝基体,SiC颗粒作为硬质相加入到铝基体后,在界面结合状态良好的状态下,对材料的力学性能具有良好的改善作用。     

SiC_p增强铝基复合材料的力学性能和断裂机理

采用真空热压法制备了SiCp的体积含量为30%的SiCp/2024Al复合材料,研究了SiCp粒径对复合材料组织及性能的影响。结果表明,颗粒粒径从3.5μm增大到40μm,复合材料的抗拉强度和硬度减小,伸长率和断面收缩率增大,增强体颗粒在基体中分布越来越均匀。当SiCp粒径为25μm时,复合材料的致密度最高。复合材料的断裂由SiCp的断裂、界面处撕裂和基体的开裂等几种机理共同影响。随着颗粒粒径的增大,复合材料断裂由界面处撕裂和基体开裂转变为SiCp断裂。     

B_4C/TA19复合材料显微组织和力学性能研究

纳米碳化硼(B_4C)颗粒与TA19钛合金球形粉末经球磨混合后,采用放电等离子烧结技术(SPS)成功制备出增强相呈准连续网状分布的B_4C/TA19复合材料。研究了增强体B_4C对复合材料显微组织和力学性能的影响。结果表明,B_4C颗粒的加入可以明显提高材料的抗拉强度,当B_4C颗粒的添加量为0.5%时,复合材料的抗拉强度从原始的986.8 MPa提高至1191.2 MPa,提升幅度达20.7%。当B_4C添加量为0.1%时,复合材料具有较为优异的强塑性匹配,抗拉强度为1065.3 MPa,相比TA19钛合金提高了8.0%,延伸率为13.4%。复合材料的强化机理主要为细晶强化及网状结构的界面强化。     

超声化学原位合成（Al3Zr＋ZrB2）／A356复合材料的力学行为

利用超声化学熔体原位反应技术合成颗粒增强(Al3Zr ZrB2)/A356复合材料,通过SEM原位拉伸实验及其断裂表面研究分析复合材料的断裂行为。结果表明,复合材料的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到403.61MPa、343.98MPa和8.9%,较未施加超声作用的复合材料分别提高16.09%、12.9%和32.83%;复合材料的室温拉伸断口SEM形貌表现出明显的韧窝断裂特征,为塑性断裂。裂纹的萌生机制主要有基体在滑移过程中的位错作用机制、内生Al3Zr和ZrB2颗粒脱落或破碎形成的空穴成核机制和基体缺陷诱发机制;由于内生增强颗粒微观分布上的不均匀性,当主裂纹扩展前方遇到颗粒密集区时,其扩展方向偏向颗粒贫化区,绕过颗粒密集区,并沿颗粒富集区与贫化区的界面向前扩展、延伸,形成宏观裂纹。     

激光增材制造WCp钛基复合材料界面连接机理及力学性能

颗粒增强金属基复合结构件在航空航天、机械制造以及电子电工等领域有着广泛的应有前景.文中选用激光增材选区熔化技术制备碳化钨(WC)颗粒增强TC4复合材料(WC/TC4),研究了WC颗粒含量和激光功率对复合材料微观组织和力学性能的影响.结果表明,随着WC颗粒含量的增加,复合材料宏观试样成形能力降低,在WC颗粒含量为(0%～15%)时,WC颗粒分布较为均匀,未见微气孔、裂纹的出现,当颗粒含量为20%时,材料内部出现气孔和裂纹,难以成形;在WC/基体的界面处形成了一层TiC和W₂C界面层,界面结合性能良好;随着复合材料内部颗粒含量和激光功率的增加,材料的断裂强度和断后伸长率降低,断裂机理主要为WC颗粒的脆性断裂和沿WC-W₂C界面的层状撕裂.     

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。     

粉末冶金法制备Tip/Mg复合材料组织及性能的研究

采用粉末冶金法制备纯Mg及Ti颗粒增强Mg基复合材料，结果表明，Ti颗粒在Mg基体中分布均匀，增强颗粒与基体界面结合良好。Ti颗粒的加入能显著提高Mg的室温强度和弹性模量，同时也使复合材料具有较好的塑性。     

基体中Si含量对Al-Si/SiCP复合材料界面结合的影响

采用扫描电镜对SiC颗粒增强Al-7%Si(质量分数,下同)、Al-12%Si和Al-22%Si三种铝基复合材料中基体/SiC的界面结合状况进行了研究,结果表明:尽管基体合金中的Si含量不同,但复合材料的基体/SiC界面都有Si相小颗粒析出;在w(Si)=12%的共晶Al-Si合金为基体的复合材料中,SiC颗粒周围Si相小颗粒数量最多.Si相存在于SiC颗粒与铝合金基体之间,一边与基体相连,另一边与SiC增强体相连,起到了"连接桥"的作用,改善了复合材料的界面结合质量.     

微米级SiC颗粒对铝基复合材料拉伸性能与强化机制的影响

为了研究微米级碳化硅颗粒(SiCp)尺寸对中体积分数SiCp增强铝基复合材料的拉伸性能与强化机制的影响,用粉末冶金工艺制备体积分数为30%的SiCp/2024Al复合材料,利用OM,SEM,万能材料试验机等对材料微观结构和拉伸性能进行了研究。结果表明,复合材料的拉伸强度随着SiCp尺寸的减小而增大。当SiCp尺寸为3μm时,复合材料的断裂主要以界面处的基体合金撕裂为主;当SiCp尺寸为25μm和40μm时,复合材料的断裂以SiCp解理断裂为主;当SiCp尺寸为8μm和15μm时,复合材料的断裂方式是以界面处的基体合金撕裂和SiCp的断裂共同作用。3μm SiCp增强复合材料相对密度不高、SiCp分布不均匀但其拉伸强度最大,主要原因为受力时小SiCp极少断裂和小颗粒效应导致基体的显微组织强化。     

碳纳米管-石墨烯增强AZ31镁基复合材料实验研究

采用粉末冶金法结合热挤压制备了不同质量分数的碳纳米管(CNTs)和石墨烯(GNPs)增强AZ31镁基复合材料。分析了CNTs和GNPs对AZ31镁合金及其复合材料组织、力学性能及物理性能的影响。结果表明:CNTs和GNPs的加入可以细化晶粒尺寸,并且可以提高材料的硬度、拉伸和压缩屈服强度。当同时添加0.5wt%CNTs和0.5wt%GNPs时,复合材料的抗拉强度和抗压强度分别可达到:309 MPa和399 MPa,复合材料的硬度相比基体提升了17.1%。但是复合材料的塑性和导电性相比基体材料降低。     

双相多尺度镀镍碳纤维和碳化锆颗粒增强铝基复合材料制备及力学性能研究

采用放电等离子体烧结制备了双相多尺度镀镍碳纤维和碳化锆颗粒增强铝基复合材料(Cf(Ni)-Zr C/2024Al)。为了提高碳纤维和基体的界面结合强度,对碳纤维进行了化学镀镍,研究了烧结工艺对复合材料的密度、显微硬度和拉伸强度的影响。结果表明,在烧结温度为480℃,烧结压力为30 MPa,保温时间为10 min时,可以得到结构致密,性能优异的铝基复合材料。复合材料的密度仅为2.71 g/m~3,显微硬度、拉伸强度和伸长率分别为105.6 HV、330 MPa和10.2%,力学性能均高于2024Al合金。力学性能的提高归因于表面化学镀碳纤维和基体良好的界面结合、ZrC的网状分布结构、以及增强相和基体热膨胀系数不匹配导致的位错增强。     

双尺度Al_2O)3颗粒增强铝基复合材料的组织和性能

通过粉末冶金真空热压烧结法制备了双尺度(nm、μm)混杂Al2O3颗粒增强铝基复合材料,并对复合材料的组织、密度、硬度及耐磨性进行了研究。结果表明,双尺度复合材料中增强颗粒在基体中分布均匀,没有明显的团聚现象,微米颗粒含量超过20%时,复合材料的空隙增多;4%的30nm颗粒+15%的75μm颗粒的双尺度复合材料的性能最好,其硬度比基体Al-Si合金提高70%,耐磨性比基体铝硅合金提高7.22倍;双尺度混杂颗粒复合材料的耐磨性高于单一纳米或微米颗粒复合材料,其磨损机制主要为粘着磨损、犁削和磨粒磨损。     

循环变形提高SiC纤维增强铝基复合材料强度及塑性Ⅰ.实验现象

对SiC纤维增强铝基复 不同周次循环变形载荷后强度与塑性的测试表明，循环变形可使其强度、塑性均有所提高。经循环变形载荷作用10周次，抗拉强度提高20％；作用100周次，强度提高30％，塑性也有类似的变化。这一现象与传统疲劳损伤理论不一致，通过对基体材料、SiC纤维体以及复合材料板的各自独立循环变形实验可知。这一现象同循环变形过程中纤维与基体的界面结合强度适度降低有关，这种降低有助于复合材料的强度与塑性的配合。