Optimisation of the spark plasma sintering process for high volume fraction SiCp/Al composites by orthogonal experimental design

Based on orthogonal experimental design (OED), the effects of the sintering pressure, sintering temperature and holding time on the mechanical properties of 50 vol% silicon carbide particle (SiCp)/2024Al composites prepared by spark plasma sintering (SPS) were investigated. The sintering pressure had the greatest effect on the density and bending strength of the material among these three factors, followed by sintering temperature and holding time. The optimised process conditions for producing the 50 vol% SiCp/2024Al were sintering at 550 °C for 5 min under 40 MPa, which resulted in a composite material with a density of 99.7% and good interface bonding with a comparatively high bending strength of 766.65 MPa. This work provides a promising method to produce high volume fraction composites that can meet high strength requirements.     

SiCp／101铝基复合材料的填加焊丝TIG焊

研究在TIG焊焊接SiCp／101铝基复合材料时，填加铝镁和铝硅焊丝对接头组织性能的影响。结果表明，填加焊丝抑制了熔池中的界面反应。改善了熔池的流动性。但接头中缺乏增强相，焊缝与母材成分相差很大，降低了接头的机械性能。填加铝硅焊丝优于填加铝镁焊丝。     

SiC_p／Al复合材料的抵抗温度变化尺寸稳定性

采用无压渗透法制备SiCp/Al复合材料,以温度单程变化时热膨胀系数(CTE),累积残余应变(εcr)为指标,研究复合材料在抵抗温度变化时的尺寸稳定性。结果表明,复合材料的热膨胀系数明显低于未增强铝基体,适当的预处理可显著提高其尺寸稳定性,适当的合金元素可提高颗粒增强铝基复合材料抵抗温度变化尺寸稳定性,随热循环次数增加,复合材料的εcr和CET稳定性趋向平稳。     

高体积分数SiCp/Al复合材料的热物理性能

采用无压渗透法制备了高体积分数SiCp/Al复合材料,用XRD对复合材料的物相进行了分析,测定了SiCp/Al复合材料在25～200℃温度区间的热膨胀系数及热导率,运用理论模型对复合材料的热膨胀系数以及热导率进行了计算,并探讨了热物理性能与温度之间的关系。结果表明,高体积分数SiCp/Al复合材料具有较低的热膨胀系数、高的热导率,综合热物理性能优良。     

CVI法制备SiCp/SiC复合材料的氧化性能研究

对用CVI法制备的SiCp/SiC复合材料的氧化性能进行了研究。材料含有的气孔和破坏氧化膜连续性的杂质元素,为氧气扩散提供通道;氧化过程中形成的气孔,导致了新的自由表面的暴露和空气扩散通道,进而加剧氧化。在材料的高温氧化过程中,SiC的氧化生成SiO2膜导致试样质量增加,玻璃碳界面层的氧化生成CO的逸出导致试样质量损失。最后的质量变化是这两种综合作用的结果。在高温氧化过程中,材料的空隙增多,应力集中加强,界面层被破坏使SiCp/SiC复合材料的强度下降。     

Effects of volume ratio on the microstructure and mechanical properties of particle reinforced magnesium matrix composite

In the present study, the AZ91 alloy reinforced by (submicron + micron) SiCp with four kind volume ratio was fabricated by the semisolid stirring casting technology. The influence of volume ratio between submicron and micron SiCp on the microstructure and mechanical properties of Mg matrix was investigated. Results show that the submicron SiCp is more conducive to grain refinement as compared with micron SiCp. With the increase of volume ratio, the submicron particle dense regions increase and the average grain size decreases. The yield strength of bimodal size SiCp/AZ91 composite is higher than monolithic micron SiCp/AZ91composite. Both Δσ_Hall–Petch and Δσ_CTE increase as the volume ratio changes from 0:10, 0.5:9.5, 1:9 to 1.5:8.5. Among the composite with different volume ratio, the S-1.5 + 10-8.5 composite has the best mechanical properties. The interface debonding is found at the interface of micron SiCp-Mg. As the increase of volume ratio, the phenomenon of interface debonding weakens and the amount of dimples increases.     

SiC颗粒和芯部材料厚度对泡沫SiCp/ZL104层合板弯曲性能的影响

用泡沫SiCp/ZL104复合材料作为芯部材料制备了泡沫SiCp/ZL104层合板,测试和分析了该类层合板的三点弯曲性能。结果发现,在相对密度相同的情况下,泡沫5%SiCp/ZL104(体积分数,下同)层合板的弯曲刚度随SiC粒度的减小以及芯部材料厚度的增加而增大;由于环氧树脂的填充,使得层合板刚度P/δ的实验值比计算值略高;SiC颗粒体积分数的增加致使泡沫SiCp/ZL104层合板的抗弯曲刚度增大;弯曲过程中的主要破坏模式是芯部剪切和局部凹陷,但随着芯部材料厚度的增加,层合板的破坏方式由芯部剪切向表面屈服和芯部凹陷过渡。     

不同晶型SiC_p对铜基粉末冶金摩擦材料摩擦磨损性能的影响

采用加压烧结法制备含有不同晶型SiCp的铜基粉末冶金摩擦材料,研究不同晶型SiCp对铜基粉末冶金摩擦材料摩擦磨损性能的影响。结果表明:不同晶型SiCp对铜基粉末冶金摩擦材料的摩擦磨损性能的影响不同。摩擦材料的摩擦因数随着β-SiCp加入量的增加而升高,当β-SiCp的质量分数超过6%时,在摩擦过程中材料和对偶发生严重磨损;α-SiCp含量对铜基粉末冶金摩擦材料的摩擦磨损性能影响不显著;当SiC颗粒的质量分数为2%~6%时,β-SiCp相比α-SiCp更适合作为摩擦组元用于铜基粉末冶金摩擦材料中。     

热挤压对SiC_p/6061Al基复合材料组织和性能的影响

采用粉末冶金法(PM)制备了SiC_p/6061Al基复合材料,并对材料进行热挤压。利用金相显微镜、扫描电镜观察材料的微观组织,分析了材料的物理性能和力学性能,研究了热挤压对复合材料组织和性能的影响。结果表明:对PM法制备的铝基复合材料进行热挤压,可以大大提高复合材料的致密度和力学性能,热挤压后的SiC颗粒分布与挤压力方向趋于一致,在基体中的分布更加均匀。     

室温HPT制备SiC_p/Al复合材料的硬度分布特征

将纯Al颗粒和SiC颗粒混合,室温下采用高压扭转变形(HPT)制备试样,测定不同工艺参数下试样表面的显微硬度,绘制显微硬度—扭转半径曲线图,分析各试样的硬度分布特征。结果表明:由于高压扭转变形应变量的影响,SiCp/Al复合材料经HPT变形后,各试样表面硬度沿径向呈递增分布,边缘硬度值受飞边的影响较大;单一尺寸SiC颗粒强化的试样通过增大加载压力、增大扭转圈数或提高SiC颗粒体积分数可以提高试样的显微硬度值;采用双尺寸SiC颗粒最佳粒径配比或最佳体积配比更有利于提高试样硬度,通过优化双尺寸SiC颗粒粒径配比或体积配比,可以获得更高的试样硬度,且硬度分布更加均匀。