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。     

SiCp尺寸对铝基复合材料拉伸性能和断裂机制的影响

对粉末冶金法制备的不同尺寸SiCp增强铝基复合材料的拉伸性能进行了研究.结果表明,小尺寸SiCp（<7μm）复合材料断裂以界面处基体撕裂为主,强度较高.大尺寸 SiCp增强复合材料断裂以 SiCp解理为主,强度较低,但塑性比小尺寸颗粒增强复合材料要高.体积分数为17％,尺寸为7μm颗粒复合材料拉伸性能最好.     

半固态搅拌铸造SiC_p/6061铝基复合材料的组织与性能

采用半固态搅拌铸造方法制备了SiCp粒径为20~50μm的SiCp/6061铝基复合材料,研究了SiCp粒径对铝基复合材料显微组织、力学性能及耐磨性能的影响。结果表明,随着SiCp粒径增大,SiCp在铝基复合材料内的分散均匀性提高,但铝基复合材料的抗拉强度和伸长率下降。铝基复合材料的断裂机制为SiCp与基体合金之间界面脱粘和SiCp断裂共同作用。复合材料的耐磨性随着SiCp粒径的增大而逐渐提高,其磨损机理为粘着磨损和磨粒磨损共同作用,且随着SiCp粒径的增大,磨粒磨损作用起主导作用。     

粉末注射成形SiCp/Cu复合材料的显微组织和力学性能

采用粉末注射成形技术制备了SiCp体积含量分别为5％、10％和15％的SiCp/Cu复合材料,对该复合材料的显微组织、显微硬度和抗拉强度进行了检测,观察了拉伸断口的形貌,对拉伸断口进行了能谱分析.结果表明:SiC颗粒较均匀地分布在Cu基体中;随着SiCp含量的增加,该复合材料的硬度增大,而抗拉强度先增大后减小;该复合材料拉伸断裂的裂纹源主要为SiC颗粒附近Cu基体的开裂、SiC颗粒与Cu基体界面的脱粘两种情况;在氢气气氛条件下烧结得到的该复合材料中不含O元素.     

喷射沉积7075/SiCp复合材料的压缩变形和断裂规律研究

研究了喷射沉积7075/SiCp复合材料高温压缩时的变形和断裂规律。结果表明,增大试样表面的摩擦阻力,并适当提高变形温度可有效促进致密化过程。接触面上的摩擦系数、变形程度和试样初始高径比越大,则鼓度越大。喷射沉积7075/SiCp复合材料高温压缩时的断裂方式主要有四种,即空洞在增强相与基体界面处形成而出现增强相从基体中拔出的现象、空洞在基体中形核长大而引起基体的延性断裂、颗粒团聚处的断裂和颗粒的脆性断裂。随着变形温度的升高,喷射沉积7075/SiCp复合材料的断裂应变迹线的截距先增大后减小,420℃压缩时截距达到最大值;润滑可使断裂应变迹线上移,变形安全区增大;随着坯料的相对密度增大,变形断裂区减小。     

颗粒尺寸对SiCp/2024 Al复合材料性能的影响

采用挤压铸造工艺制备陶瓷体积分数达50%的SiCp/2024Al复合材料,并研究了颗粒尺寸对复合材料力学性能的影响。研究结果表明,随颗粒尺寸从40μm减小到10μm,复合材料抗弯强度升高,断裂韧度变化不大。当颗粒尺寸为10μm时,复合材料的抗弯强度和断裂韧度分别为806MPa和11.9MPa·m^1/2。断口分析显示,当颗粒尺寸减小时,复合材料的主要断裂模式由陶瓷粒子断裂转为陶瓷/金属界面解离。     

热挤压变形对搅拌铸造SiCp/2024复合材料显微组织与力学性能的影响

利用搅拌铸造?热挤压工艺制备SiCp/2024复合材料板材。通过金相观察(OM)、扫描电镜(SEM)及力学性能测试等手段研究了该复合材料热挤压变形前后的显微组织与力学性能。结果表明,复合材料铸坯主要由大小为80μm~100μm的等轴晶组成,晶界第二相粗大呈非连续状分布,SiC颗粒较均匀地分布于基体合金,大部分SiC颗粒沿晶界分布,少数颗粒分布于晶内;热挤压变形后,显微孔洞等铸造缺陷和SiC颗粒团聚现象明显消除,SiC颗粒及破碎的第二相沿热挤压方向呈流线分布,复合材料的强度和塑性显著提高;拉伸断口表明,热挤压变形有利于改善SiC颗粒与基体合金的界面结合;SiCp/2024复合材料主要的断裂方式为SiC颗粒断裂和SiC/Al的界面脱粘。     

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.     

颗粒尺寸对挤压铸造10SiC_p/6061复合材料组织和性能的影响

采用熔体搅拌技术制备了SiCp尺寸分别为20μm、20μm+50μm、50μm的10SiCp/6061复合材料,并在100MPa压力下挤压铸造成形,研究了颗粒尺寸对挤压铸造复合材料微观组织和力学性能的影响。结果表明,随着颗粒尺寸增加,10SiCp/6061复合材料的孔隙率不断降低,颗粒分布更加均匀,力学性能均逐渐降低,复合材料断裂模式由韧性断裂向韧脆混合断裂模式转变。     

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.     

SiCp/Al复合材料导热性能的数值模拟

采用有限元方法对SiCp/Al复合材料的导热性能进行了数值模拟,建立了平面四颗粒和多颗粒随机分布复合材料测试模型,研究了颗粒体积分数、颗粒粒径、颗粒形貌以及基体对复合材料导热性能的影响.结果表明,SiCp/Al复合材料的热导率随SiC颗粒体积分数增加而下降;复合材料热导率随颗粒粒径的增大而稍有变化;球形颗粒复合材料热导率高于方形颗粒复合材料热导率,ZL101基体复合材料热导率高于ZL102基体复合材料热导率.     

体育器材用SiCp/Al复合材料的制备和性能研究

研究了SiC颗粒尺寸和体积分数对SiCp/Al复合材料性能的影响。结果表明,在相同体积分数下,SiC颗粒粒径越小,对复合材料性能的改善效果越明显,5μm时效果最好。采用5μm的SiC颗粒,复合材料的抗拉强度、比强度随体积分数增大而先增后降,15%时达到最大,硬度随体积分数的增大而增大。综合来看,SiC颗粒粒径为5μm,体积分数为15%时,制备的材料性能最好。     

SiCP／Al复合材料的显微结构分析

采用粉末冶金＋热挤压工艺制备SiCp/Al复合材料，测定其力学性能。利用X射线衍射分析复合材料物相的组成，用金相显微镜、扫描电镜和透射电镜分析其微观组织结构。结果表明，SiC颗粒在铝基体中分布比较均匀，SiC颗粒与基体结合良好；基体主要是α-Al，强化相β-Mg2Si和弥散相（Fe，Mn，Cu）3Si2Al15（体心立方结构，晶格常数1．28nm）；SiCp／Al界面则为Al和Mg元素扩散到SiC表面的SiO2层形成的20nm-30nm无定形层；复合材料的断裂机制主要是SiC颗粒断裂和SiCp／Al界面塑性撕裂：复合材料在变形过程中，SiC颗粒可阻止裂纹的扩展。     

SiC_p尺寸及基体强度对铝基复合材料破坏机制的影响

对粉末冶金法制备的尺寸分别为3．5,10,20μm的Sicp增强Al-Cu基复合材料的拉伸断口及EDX成分分析表明,增强相尺寸大于10μm时,复合材料的破坏归因于SiCp解理形成的裂纹;增强相尺寸为3．5μm时,复合材料的破坏则归因为SiC-Al界面撕裂形成空洞和裂纹.拉伸试验表明,小尺寸SiCp增强的复合材料具有高的拉伸强度及延伸率.低强度复合材料由于基体强度降低,塑性增加,破坏过程主要表现在拉伸载荷下SiCp附近铝基体的空洞形核、长大和聚合.     

真空热压SiC_p/2024Al复合材料力学性能与显微结构

采用真空热压法制备了体积分数为30%的Si Cp/2024Al复合材料,研究了该复合材料的显微组织结构及力学性能。结果表明,复合材料组织致密,颗粒与基体界面结合状况较好,Si C颗粒在铝基体中基本上分布均匀。经490℃、2 h固溶处理和170℃、8 h人工时效后,Si Cp/2024Al复合材料的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为409 MPa、325 MPa和4.9%,基体中存在大量的纳米析出相为S'(Al2Cu Mg)。随Si C颗粒加入,复合材料力学性能提高,其断裂方式为基体开裂和界面处撕裂。     

(Grp+SiCp)/AZ91镁基复合材料的力学及耐磨性能研究

本文采用半固态搅拌技术制备出了5μm10vol%Grp/AZ91、(5μm5vol%Grp+5μm5vol%SiCp)/AZ91和 (5μm5vol%Grp+10μm5vol%SiCp)/AZ91共3种镁基复合材料,并对其在300℃,0.05mm/s的条件下进行了热挤压,研究了SiCp对挤压态复合材料的显微组织、力学性能和耐磨性能的影响规律。研究结果表明,与Grp/AZ91相比,SiCp的引入导致基体晶粒尺寸增大,引起石墨颗粒碎化;随着SiCp尺寸增加,晶粒尺寸增大,石墨碎化现象更为显著。SiCp的加入提高了Grp/AZ91复合材料的抗拉强度、延伸率和硬度,随着SiCp尺寸增加,力学性能进一步提升。SiCp的引入降低了Grp/AZ91复合材料的磨损率,同时摩擦系数上升,随着SiCp尺寸增加,磨损率进一步下降,摩擦系数进一步上升,磨损机制由剥层磨损转变为磨粒磨损。     

工艺因素对SiCp/AZ91复合材料颗粒均匀性的影响

用半固态搅拌法成功制备出了颗粒分布均匀、孔隙率低的SiCp/AZ91颗粒增强镁基复合材料,研究了搅拌速度、颗粒尺寸、搅拌叶轮旋向、颗粒预处理工艺等因素对SiCp/AZ91复合材料中颗粒分布均匀性的影响。研究发现,颗粒预处理对分布均匀性有显著影响,经过高温预氧化处理的SiC颗粒与镁合金基体润湿性很好,在半固态搅拌制备中能有效改善颗粒与基体的界面结合和颗粒分布均匀性。在其他工艺因素一定时,颗粒粒径越大,分布越均匀;搅拌速度越低,颗粒分布越不均匀。当颗粒较小时(<50μm),搅拌叶轮的旋向对分布均匀性有重要影响。确定优选工艺参数为:上旋桨、半固态等温温度为585℃、搅拌速度为400r/min、颗粒尺寸为50μm、颗粒的体积分数为15%。     

搅拌铸造法制备SiCp／A356铝基复合材料的研究

利用搅拌铸造技术制备SiCp/A356铝基复合材料.通过金相观察(OM),扫描电镜(SEM)及力学性能测试对所制备的颗粒增强铝基复合材料的显微组织和力学性能进行了研究.结果表明,SiC增强颗粒较均匀地分布于基体中,SiC/Al界面处存在明显的Si溶质偏聚,复合材料的孔隙率为4.2%;与基体合金相比,SiC颗粒的加入提高了复合材料的硬度和屈服强度,抗拉强度及延伸率略有下降;断口分析表明,搅拌铸造SiCp/A356铝基复合材料主要的断裂机制为SiC/Al界面脱粘及基体合金的脆性断裂.     

Al/SiCp复合材料的断裂行为

采用粉末冶金和喷射沉积方法制备了Al及Al／SiCp复合材料，测试了材料的力学性能，利用金相显微镜和扫描电镜观察了材料的断裂行为。结果表明，Al／SiCp复合材料的强度比基体材料的高，但塑性低。粉末冶金方法制备的Al／SiCp复合材料与喷射沉积方法制备的比较，前者组织更致密，强度更高，塑性更好，断裂是SiC颗粒开裂，裂纹的传递主要沿颗粒中形成的裂纹扩展；后者断裂主要表现为SiC颗粒从基体中拔出，裂纹的传递大多是SiC颗粒周围形成的裂纹在基体中扩展。     

SiC_p/ZL101基复合材料的界面与性能

以体积比为7:3的比例混合粒径分别为75和15μm两种尺寸的SiC颗粒,将其分别在1 200℃高温烧结2、4、6、8和10 h后采用气压浸渗法制备SiC体积分数为70%的SiCp/ZL101基复合材料,研究预制件高温烧结后复合材料的界面,讨论氧化以及界面反应对复合材料抗弯强度和导热性能的影响,并利用实验热导率反算实际界面传热系数。结果表明:双尺寸的SiC颗粒在Al合金基体中分布均匀;SiC预制件的氧化改变了SiC颗粒与Al合金基体之间的结合形式,从而有效提高了界面结合强度,在1 200℃氧化4 h,其抗弯强度和热导率均达到最高,分别为422 MPa和195 W/(m.K)。实际界面传热系数与复合材料热导率变化一致。此外,氧化钝化了SiC颗粒,其形貌的变化使得颗粒周围基体中的应力集中现象大大减少,提高了复合材料的抗弯强度,但是氧化时间过长的界面却不利于载荷的传递和基体的形变约束。