不同基体对连续Al2O3f/Al复合材料纤维损伤的影响

采用真空气压浸渗法制备了增强体为Al₂O₃纤维,基体合金分别为1A99、ZL210A、ZL301及7075铝合金的连续Al₂O_3f/Al复合材料,并用NaOH溶液提取出Al₂O₃纤维,研究了不同基体对Al₂O_3f/Al复合材料纤维损伤的影响。结果表明,在同样的制备工艺下,不同的基体对Al₂O₃纤维的损伤程度不同。Al₂O₃纤维与纯铝及ZL210A基体界面反应程度微弱,纤维表面光滑,未发现界面反应产物,纤维剩余强度分别为1 746 MPa和1 658 MPa; Al₂O₃纤维与ZL301发生界面反应生成了MgAl₂O₄(镁铝尖晶石),纤维表面较为粗糙,剩余强度为1 584 MPa; Al₂O₃纤维与...     

基体合金对连续SiC_f/Al复合材料界面及拉伸强度的影响

分别以ZL102、ZL114A、ZL205A及ZL301这4种合金为基体,以Si C纤维为增强体,采用真空气压浸渗法制备SiC_f体积分数为40%的连续SiC_f/Al复合材料。采用TEM和SEM对不同基体合金的SiC_f/Al复合材料界面及断口形貌进行观察,并测试其拉伸强度。结果表明:不同基体合金的连续SiC_f/Al复合材料界面形貌存在明显差异,其力学性能及断口形貌亦存在较大的差异。其中,SiC_f/ZL102复合材料的界面存在细小的针状Al_4C_3相,无明显界面层,呈弱界面结合,平均拉伸强度为615.7 MPa,断口纤维拔出现象明显;SiC_f/ZL205A复合材料的界面存在块状的Al_4C_3相及CuAl_2相,呈强界面结合,平均拉伸强度为385.1 MPa,断口平齐;SiC_f/ZL114A复合材料的界面结合较SiC_f/ZL102复合材料的强,平均拉伸强度为475.9 MPa;SiC_f/ZL301复合材料的界面存在棒状Al_4C_3相,大量Mg元素的富集降低界面反应,界面结合强度适中,平均拉伸强度为769.3 MPa,断口出现韧窝,基体改变裂纹横向传播的方向。     

基体对连续C_f/Al复合材料致密度和强度的影响

选用M40石墨纤维(6K)作为增强体材料,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合金的单向连续Cf/Al复合材料,研究了基体合金对连续Cf/Al复合材料的致密度和抗拉强度的影响。结果表明,在预热温度为550℃、浸渗温度为730℃、浸渗压力为7 MPa、保压时间为20min的条件下,4种复合材料中,M40/ZL301复合材料的致密度最大,为99.9%,纤维在基体中的分布也最均匀;抗拉强度最高达670.2MPa,是最低的M40/ZL102复合材料的639%;其拉伸断口呈典型的韧性断裂特征。     

基体合金对连续SiC_f/Al复合材料显微组织及拉伸强度的影响

选用的增强体为先驱体法制备的束丝SiC纤维(KD-Ⅱ型),采用真空气压浸渗法制备体积分数为40%、基体合金分别为ZL102、ZL114A及ZL205A合金的连续SiCf/Al复合材料,并用Na OH溶液萃取出SiC纤维,研究基体合金对连续SiCf/Al复合材料微观组织和拉伸强度的影响。结果表明:基体合金对连续SiCf/Al复合材料的微观组织及力学性能有显著地影响。其中,SiCf/ZL102复合材料纤维分散均匀和致密,SiCf/ZL114A复合材料存在少量的纤维团聚,而SiCf/ZL205A复合材料存在明显的偏聚和微孔缺陷;基体ZL102、ZL114A及ZL205A复合材料的平均拉伸强度分别为615.7、475.9和385.1 MPa,差别较大;同时,从基体ZL102、ZL114A及ZL205A的复合材料中萃取出SiC纤维的平均拉伸强度分别为原丝的50.94%、41.51%及25.09%;在浸渗过程中,纤维损伤和分布是导致不同基体复合材料力学性能差异的关键因素。     

增强纤维对连续纤维增强铝基复合材料界面和力学性能的影响

选用M40J碳纤维、KD-Ⅱ型碳化硅纤维和Nextel610型氧化铝纤维为增强体材料,采用真空压力浸渗法制备纤维单向排布,基体合金为ZL301的连续纤维增强铝基复合材料,研究增强纤维对复合材料致密度、界面及力学性能的影响。结果表明:增强纤维对复合材料的致密度有着明显影响,C_f/Al复合材料的致密度最大,达到99.9%,密度最小,仅为2.248g/cm~3,且其纤维排布均匀,组织缺陷最少;不同增强纤维与基体会发生不同程度的界面反应,最后表现为不同的纤维损伤程度,界面层厚度和界面相的大小,Al_2O_3f/Al复合材料未发现明显界面层,SiC_f/Al复合材料和C_f/Al复合材料的界面层厚度分别为275.3 nm和327.4 nm,界面上都发现有短棒状的Al_4C_3相;SiC_f/Al,C_f/Al和Al_2O_3f/Al复合材料的拉伸强度分别为780.3 MPa,670.2 MPa和587 MPa,组织缺陷、纤维损伤和界面结合强度是影响复合材料强度的主要因素。     

基体塑性对Al2O3f/Al复合材料增强效果的影响

通过改变试验温度和选用不同塑性基体材料的方法,研究了基体塑性对复合材料拉伸性能的影响.试验结果表明,基体塑性很差的Al2O3f/ZL109复合材料,随着纤维体积分数的升高,其抗拉强度下降;对于基体塑性很好的Al2O3f/1050复合材料,随着纤维体积分数的增加,其抗拉强度有明显的提高;随着试验温度的升高,基体ZL109铝合金的塑性不断提高,低于543K,ZL109的强度高于Al2O3f/ZL109;在543K左右,ZL109的强度与Al2O3f/ZL109相当;高于543K后,Al2O3f/ZL109的强度高于ZL109.若在使用条件下,基体为脆性材料,加入短纤维反而会降低材料的力学性能;若基体为塑性材料,添加短纤维能起到强化的效果,塑性越好,其强化效果越好.     

织物结构对C_f/Al复合材料微观组织与压缩性能的影响

选用ZL301合金为基体材料,采用2.5D浅交直联、三维正交和三维五向等3种结构编织了M40J碳纤维预制体,采用真空压力浸渗法制备纤维体积分数为50%的3D-C_f/Al复合材料。主要研究了织物结构对C_f/Al复合材料微观组织与压缩强度的影响。结果表明,织物结构对C_f/Al复合材料的致密度、微观组织和压缩性能影响较大。其中三维正交结构的C_f/Al复合材料的致密度和压缩强度最大,分别为99.2%和417MPa;而2.5D浅交直联结构的C_f/Al复合材料的致密度和压缩强度最小,分别为95.3%和99.8MPa。     

预热温度对SiC_f/Al复合材料纤维损伤和性能的影响

选用单向排布SiC纤维预制体为增强体材料,ZL301合金为基体材料,纤维预热温度选取500、530、550℃,制备纤维体积分数为40%的连续SiCf/Al复合材料,研究了不同纤维预热温度对连续SiC_f/Al复合材料的相组成、纤维损伤和力学性能的影响。结果表明,随着纤维预热温度上升,纤维的损伤越严重,预热500℃的纤维抗拉强度最高,为1 827MPa,是SiCf纤维原丝强度的77.7%,预热550℃时的纤维抗拉强度最低,仅为1 360MPa;纤维预热温度对连续SiC_f/Al复合材料的力学性能有较大影响,纤维预热温度为530℃时复合材料的抗拉强度最高,为483MPa,断口呈现韧性断裂特征,表现出适中的界面结合强度。     

2.5D-C_f/Al复合材料的经向高温力学性能及其变形断裂行为

以M40J碳纤维的2.5D浅交直联编织预制体为增强体,ZL301合金为基体材料,采用真空压力浸渗法,制备纤维体积分数50%的2.5D碳纤维增强铝基复合材料;研究2.5D浅交直联结构复合材料的致密度和微观组织,在室温、350℃和400℃环境下进行经向拉伸力学性能测试并分析其变形断裂行为。结果表明:2.5D复合材料的致密度较高达到96.2%,细观结构完整,纤维排布均匀,微观组织无明显铸造缺陷,界面上大多数区域较为干净,存在棒状的Al_4C_3界面相;2.5D-C_f/Al的室温、350℃和400℃的经向拉伸强度分别为531、451和408 MPa,材料的高温强度损失率仅为23%;其应力-应变曲线呈现明显非线性特征,复合材料的室温和高温拉伸断裂过程可以分为3个阶段,即基体承载阶段、纤维承载阶段、损伤与断裂阶段。     

2.5维织物C_f/Al复合材料制备及其经纬向拉伸变形力学行为研究

以石墨纤维2.5维机织物为增强体,铝合金ZL301为基体材料,采用真空辅助压力浸渗法制备了2.5维织物Cf/Al复合材料,研究了3种织物预热温度下制备的复合材料相对致密度和微观组织形貌,分析了其界面产物组成与界面结构特征,测试了其经、纬向准静态拉伸变形力学行为并分析了其断口形貌。结果表明:复合材料织物的细观结构完整,内部纤维分布均匀,致密度随预热温度提高而略有上升,界面棒状产物为Al4C3相,其相对含量随预热温度的提高而增加,从而引起复合材料经向和纬向力学性能的下降。复合材料经向拉伸强度高于纬向拉伸强度,且其应力-应变行为呈现出显著的非线性特征,复合材料经向和纬向拉伸变形过程均可划分为3个阶段:初始弹性变形阶段、中间弹塑性变形阶段和最终损伤与断裂阶段。     

Al2O3/Al纳米复合材料的强化机制

将含氢等离子蒸发法制备的Al2O3/Al纳米复合粉体冷压成直径为25mm，厚度为2mm的块材，并通过620℃，40min热烧结和变形量为55％的冷轧形变处理使样品的相对密度达到99％。对官致密Al2O3/Al纳米复合材料的拉伸实验表明：其屈服强度σ0.2和断裂强度σb分别为粗晶Al的12－16倍和5－6倍，延伸率δ比同质冷轧粗晶Al约高28％。表征了Al2O3/Al纳米复合材料的结构和热稳定性，研究了晶粒细化的强化效应、非晶Al2O3弥散增强和冷变形加工硬化等对材料强度的影响。探讨了Al2O3/Al纳米复合材料的强化机制。     

Mechanical properties of friction stir welded Al alloys with different hardening mechanisms

The mechanical properties of precipitation hardened Al 6061-T651 and Al 7075-T6 and strain hardened Al 5083-H32, friction stir welded with various welding parameters, were examined in the present study. 4 mm thick Al 6061-T651, Al 7075-T6, and Al 5083-H32 alloy plates were used for friction stir welding (FSW) with rotating speed varied from 1000 to 2500 rpm (rotation per minute) and welding speed ranging from 0.1 to 0.4 mpm (m/min). Each alloy displayed slightly different trends with respect to the effect of different welding parameters on the tensile properties of the FSWed Al alloys. The tensile elongation of FSWed Al 6061-T651 and Al 7075-T6 tended to increase greatly, while the tensile strength decreased marginally, with increasing welding speed and/or decreasing rotating speed. The tensile strength and the tensile elongation of Al 6061-T651 decreased from 135 to 154 MPa and 10.6 to 17.0%, respectively, with increasing welding speed from 0.1 to 0.4 mpm at a rotating speed of 1,600 rpm. Unlike the age-hardened Al 6061-T651 and Al 7075-T6, the strain-hardened Al 5083-H32 showed no notable change in tensile property with varying welding parameters. The change in the strength level with different welding parameters for each alloy was not as significant as the variation in tensile elongation. It was believed that the tensile elongation of FSWed Al alloys with varying welding parameters was mainly determined by the coarse particle clustering. With respect to the change in tensile strength during friction stir welding, it is hypothesized that two competing mechanisms, recovery by friction and heat and strain hardening by plastic flow in the weld zone offset the effects of different welding parameters on the tensile strength level of FSWed Al alloys.     

Al-Si/Al_2O_3 in situ composite prepared by displacement reaction of CuO/Al system

Al2O3 particle-reinforced ZL109 composite was prepared by in situ reaction between CuO and Al.The microstructure was observed by means of OM,SEM and TEM.The Al2O3 particles in sub-micron sizes distribute uniformly in the matrix,and the Cu displaced from the in situ reaction forms net-like alloy phases with other alloy elements.The hardness and the tensile strength of the composites at room temperature have a slight increase as compared to that of the matrix.However,the tensile strength at 350 ℃ has reached 90.23 MPa,or 16.92 MPa higher than that of the matrix.The mechanism of the reaction in the CuO/Al system was studied by using of differential scanning calorimetry(DSC) and thermodynamic calculation.The reaction between CuO and Al involves two steps.First,CuO reacts with Al to form Cu2O and Al2O3 at the melting temperature of the matrix alloy,and second,Cu2O reacts with Al to form Cu and Al2O3 at a higher temperature.At ZL109 casting temperature of 750-780 ℃,the second step can also take place because of the effect of exothermic reaction of the first step.     

Effect of Thermal Cycling Treatment on Microyield Behavior of Al_2O_3p/Al Composite

ＥｆｅｃｔｏｆＴｈｅｒｍａｌＣｙｃｌｉｎｇＴｒｅａｔｍｅｎｔｏｎＭｉｃｒｏｙｉｅｌｄＢｅｈａｖｉｏｒｏｆＡｌ２Ｏ３ｐ／ＡｌＣｏｍｐｏｓｉｔｅＬｉＹｉｃｈｕｎ，ＦａｎＪｉａｎｚｈｏｎｇ，ＺｈａｎｇＫｕｉ，ＺｈａｎｇＳｈａｏｍｉｎｇ，ＳｈｉＬｉｋａｉ（李...     

Al-Zr(CO3)2体系反应生成Al基复合材料的力学和磨损性能研究

运用Al-Zr（CO3）2体系熔体反应法制备了（Al3Zr＋Al2O3）p／Al合材料，研究了（Al3Zr＋Al2O3）p／Al复合材料的力学和磨损性能。结果表明：Al-Zr（CO3）2与Al熔体反应生成了Al2O3、Al3Zr颗粒；（Al3Zr＋Al2O3）g/A复合材料的抗拉强度和屈服强度随颗粒理论体积分数的增大而提高，当颗粒体积分数为10％时，复合材料的Rm为148．3MPa，较铝基体提高了90．1％，复合材料的Rp02为110．5MPa，较铝基体的提高了163．1％，复合材料的断后伸长率先升后降；由复合材料的拉伸断口SEM可知：随着反应物质量增加，塑性变形区减小，但仍是塑性断裂；由磨损表面SEM观察表明：（Al3Zr＋Al2O3）p/Al复合材料的磨损特征为黏着磨损和磨粒磨损的混合型磨损。     

连续Cf/Al复合材料板双辊铸轧制备及力学性能研究

本文利用电镀工艺制备了表面镀镍碳纤维,通过双辊铸轧短流程成型工艺成功制备了连续碳纤维增强铝基（Cf/Al）复合材料板,研究了浇注温度对铸轧复合材料板的微观组织、界面特征、断口形貌和力学性能的影响。结果表明,浇注温度为963～983K,轧制速度为2.7m/min,辊缝为2.0mm的条件下可制备出表面平整、无明显表面缺陷的Cf/Al铸轧复合材料板;其中,浇注温度为973K时,碳纤维与铝基体之间界面结合良好;纤维表面金属镍层明显改善了碳纤维与铝基体之间的浸润性,镍镀层还有效抑制了Al4C3脆性相的产生,使Cf/Al复合材料板力学性能大幅提升,其中浇注温度973K铸轧的Cf/Al复合材料板抗拉强度比初始的38.2MPa提高了87.4%。     

原位生成AlN-Al3Ti复合增强铝基复合材料研究

研究了AlN-Al3Ti／ZL101原位复合材料的制备工艺，采用OM，SEM及TEM对该材料的微观结构进行了研究，用MTS800力性试验机测试了材料的力学性能。研究表明：在AlN-Al3Ti／ZL101原位复合材料中，尺寸约为0．5tam的Al3Ti增强相均匀弥散分布于α-Al晶粒内部，尺寸为30nm的AlN增强相弥散分布于共晶体内部。增强体使α-Al和共晶体明显细化，起到强化作用。AlN-Al3Ti／ZL101原位复合材料中第二相在Al3Ti与α-Al之间存在共格对应关系。AlN相作为共晶硅的异质晶核使共晶Si显著细化。经热处理后，AlN-Al3Ti／ZLl01复合材料的室温拉伸强度达到369MPa，较基体材料有显著提高。     

硅酸铝短纤维铝基复合材料耐磨性研究

本文研究了以硅酸铝短纤维作增强体，工业纯铝L00，铸造铝合金ZL101为基体的复合材料耐磨性。并与以颗粒状Al_2O_3为增强体进行对比。结果表明：硅酸铝纤维／ZL101复合材料的耐磨性为ZL101的321倍。在相同摩擦条件下，基体相同的铝基复合材料，以硅酸铝短纤维作增强体较以颗粒Al_2O_3为增强体有着更高的耐磨性。应用摩擦理论推导了磨损方程■与实测吻合。