搅拌摩擦加工制备颗粒增强铝基复合材料的研究现状及展望

铝合金作为现代工程和高新技术领域发展的关键材料之一,具有密度小、比强度和比刚度高、耐蚀性好等特点。通过在铝基体中添加增强相颗粒,制备得到的颗粒增强铝基复合材料既有铝合金良好的强度、韧性、易成形性等特点,又有颗粒的高强、高模等优点,是近年来应用最广的一类金属基复合材料。 目前,制备铝基复合材料的方法主要有粉末冶金法、铸造以及超声波法等,但这些方法在制备过程中需要较高的温度,颗粒与金属基体容易发生不良的界面反应,从而影响界面结合效果,降低复合材料的性能。搅拌摩擦加工(FSP)作为一种新型的固相加工技术,可同时实现材料微观组织的细化、致密化和均匀化。目前,FSP直接法已在铝基复合材料制备方面取得应用,主要是将增强相颗粒通过打盲孔或开槽的方式预置在金属基体内再进行FSP,进而制备出高致密度的颗粒增强铝基复合材料。因为FSP过程的温度低,颗粒与铝基体不会发生界面反应,所以该方法也被用于制备具有形状记忆效应(SME)的铝基功能复合材料。 近年研究结果表明,颗粒相对FSP制备的铝基复合材料晶粒细化起到显著作用,这有助于提高复合材料的拉伸强度、显微硬度及疲劳强度等力学性能。随着颗粒含量的增加和颗粒尺寸的减小,复合材料的力学性能得以增强。再者,减小颗粒尺寸有利于改善颗粒与基体之间的结合。另外,通过优化搅拌头的结构、形状和尺寸,以及FSP工艺参数,已经可以实现加工后颗粒相在基体中的均匀分布。 鉴于搅拌摩擦加工(FSP)直接法在制备颗粒增强铝基复合材料方面所具备的短流程、高效能以及基体与增强相颗粒界面无杂质等优势,本文对目前FSP直接法制备颗粒增强铝基复合材料的最新研究现状进行了总结。主要综述了FSP制备颗粒增强铝基复合材料过程中颗粒的含量、类型及尺寸对复合材料组织与力学性能的影响,并对颗粒分布均匀性以及颗粒与铝基体的界面问题做了阐述。文章最后深入分析了当前研究中的不足之处并展望了未来的研究方向。     

搅拌摩擦加工制备NiTip/WE43镁基复合材料

本研究提供了一种采用搅拌摩擦加工（FSP）制备NiTi颗粒增强WE43镁基复合材料的有效手段。采用SEM结合EDS对FSP试样的微观结构进行了研究，采用XRD进行了物相分析。结果表明，制备的复合材料具有形状记忆效应。较低的加工温度有效地阻止了NiTi颗粒与Mg基体在FSP过程中的界面反应。无论粒径大小，在FSP后，NiTi颗粒都均匀分布在Mg基体中。此外，与Mg基体相比，NiTi/WE43复合材料的屈服强度、极限拉伸强度和延伸率分别降低了33%、12%和18%。随着加入的NiTi颗粒尺寸的增大，该复合材料拉伸强度和延伸率均降低。复合材料的失效机理是颗粒之间的界面开裂以及增强颗粒的断裂。     

镁/铝水下搅拌摩擦搭接焊接头组织与性能研究

为了控制界面金属间化合物的生成量及分布，采用水下搅拌摩擦搭接焊技术，在旋转速度1 180 r/min、焊接速度47.5 mm/min条件下，制备了无宏观缺陷的AZ31Mg/6061Al焊接接头，并采用OM、SEM、EDS以及XRD技术对接头显微组织、元素分布、剪切强度及断口表面进行分析。结果显示:搭接界面过渡层厚度仅约为2.01 μm；界面过渡层主要由Mg、Al、Al12Mg17以及少量的Mg2Al3组成；接头剪切强度达到5.3 kN，且Mg/Al搭接焊焊接断裂发生在过渡层脆性IMCs处。研究表明，SFSLW可有效抑制Mg/Al界面IMCs的生成，并能显著提高接头的剪切强度。