Effect of Interface on Mechanical Property of Steel-mushy Al-20Sn Bonding Plate

1 IntroductionSteel-Al-20Sn bonding plate is an ideal material ofneotype bearing[1-3].Almost one milliontons of this bond-ing plate are needed in machinery and automobile fieldannually[4-6].Forthis bonding plate ,theinterfacial struc-ture is very important .It determines the interfacial me-chanical property.Broadly,there are there kinds of inter-face for steel-Al-20Sn bonding plate .For solid steel plateto solid Al-20Sn bonding plate ,the interface is basicallymade upof Fe-Al solidsolution…     

Ratio of Fe-Al compound at interface of steel-backed Al-graphite semi-solid bonding plate

The ratio of Fe-Al compound at the bonding interface of solid steel plate to Al-7graphite slurry was used to characterize the interfacial structure of steel-Al-7graphite semi-solid bonding plate quantitatively. The relationship between the ratio of Fe-Al compound at interface and bonding parameters (such as preheat temperature of steel plate, solid fraction of Al-7graphite slurry and rolling speed) was established by artificial neural networks perfectly. The results show that when the bonding parameters are 516 ℃ for preheat temperature of steel plate, 32.5% for solid fraction of Al-7graphite slurry and 12 mm/s for rolling speed, the reasonable ratio of Fe-Al compound corresponding to the largest interfacial shear strength of bonding plate is obtained to be 70.1%. This reasonable ratio of Fe-Al compound is a quantitative criterion of interfacial embrittlement, namely, when the ratio of Fe-Al compound at interface is larger than 70.1%, interfacial embrittlement will occur.     

Interfacial mechanical property of steel-mushy Al-20Sn bonding

The bonding of a steel plate to Al-20Sn slurry was conducted using the casting rolling technique. The surface of the steel plate was defatted, descaled, immersed (in K2ZrF6 flux aqueous solution) and stored. Al-20Sn slurry was prepared using the electromagnetic mechanical stirring method. The interfacial mechanical property of the bonding plate was researched to determine the relationship between the diffusion time and the interfacial shear strength. In order to identify the mechanism of bonding, the interfacial structure of the bonding plate was studied. The results show that at a preheat temperature of the steel plate of 505℃ and a solid fraction of Al-20Sn slurry of 35%, the relationship between the interfacial shear strength S and the diffusion time t is S=28.8 4.3t-0.134t^2 0.0011t^3. When the diffusion time is 22 s, the largest interfacial shear strength is 70.3 MPa, and the corresponding interface is a new one which is made up of Fe-Al compound and Fe-Al solid solution alternatively and in a right proportion.In this interfacial structure, the interfacial embrittlement does not happen and Fe-Al compound can play its role in strong combination adequately.     

Thickness of compound layer in steel-aluminum solid to liquid bonding

The bonding of solid steel plate to liquid aluminum was studied using rapid solidification. The surface of solid steel plate was defatted, descaled, immersed (in K2ZrF6 flux aqueous solution) and stoved. In order to determine the thickness of Fe-AI compound layer at the interface of steel-aluminum solid to liquid bonding under rapid solidification, the interface of bonding plate was investigated by SEM (Scanning Electron Microscope) experiment. The relationship between bonding parameters (such as preheat temperature of steel plate, temperature of aluminum liquid and bonding time) and thickness of Fe-AI compound layer at the interface was established by artificial neural networks (ANN) perfectly. The maximum of relative error between the output and the desired output of the ANN is only 5.4%. From the bonding parameters for the largest interfacial shear strength of bonding plate (226℃for preheat temperature of steel plate, 723℃ for temperature of aluminum liquid and 15.8 s for bonding time), the reasona     

CFRP布混合粘贴形式界面剪切性能试验

为了研究CFRP布混合粘贴的界面粘结性能,设计了4组自锚式面内双剪试验.根据界面剪应力的发展规律,将CFRP布混合粘贴中碳纤维布由初始受力至破坏的过程划分为3个阶段.试验考虑了碳纤维布不同的粘贴长度因素,分析试验中的破坏形式、破坏过程和界面粘结性能.研究表明CFRP布混合粘贴形式中的钢板锚固件提高了CFRP-混凝土界面的粘结强度,将破坏形态由碳纤维布的剥离破坏转变为碳纤维布的断裂破坏,极大地的提高了碳纤维布材料的强度利用率.碳纤维布在未剥离阶段其界面粘结性能较为稳定,钢板锚固件对碳纤维布的初始剥离影响较小;在碳纤维布持续剥离阶段,钢板锚固件可以延缓碳纤维布的剥离,使得界面粘结强度提高18.02%.     

铝合金板与混凝土的粘贴粘结强度研究

为了在提高加固钢筋混凝土梁承载力的同时具有很好的延性和耗能能力,特别是满足侵蚀环境及寒冷环境中加固工程的需要,采用铝合金板加固钢筋混凝土梁是一个很好的解决办法。铝合金板通过粘贴层将力传给钢筋混凝土梁,故铝合金板与混凝土的粘贴粘结性能决定了铝合金板加固钢筋混凝土梁的效果。铝合金板与混凝土的粘贴粘结强度作为铝合金板加固钢筋混凝土梁连接设计的基础,对其开展试验和理论研究。开展105个试件的铝合金板与混凝土面内单剪试验发现：对粘贴界面没有进行粗糙处理的试件发生了界面剥离破坏,其他试件均发生了混凝土层剥离破坏;界面剥离破坏的粘结性能远差于混凝土层剥离破坏,说明了对粘贴界面进行处理的必要性。通过试验得到铝合金板和混凝土连接的极限粘结荷载,根据铝合金板正应力的变化率与粘贴界面剪应力的关系,得到剪应力的分布曲线和有效粘结长度;假设剪应力沿有效粘结长度处处相等,得到了铝合金板与混凝土的粘贴试验粘结强度,并基于此讨论了界面处理、混凝土强度、铝合金板宽度、厚度和粘贴长度等因素对试验粘结强度的影响。结合试验数据的统计回归分析,提出计算铝合金板与混凝土的粘贴粘结强度的修正Niedermeier模型,得到了铝合金板与混凝土的有效粘结长度和粘贴粘结强度的理论计算公式,其理论值和试验值吻合较好,误差最大值为8.98%,平均值为0.004,标准差为0.041。研究成果为铝合金板加固钢筋混凝土梁的粘贴设计提供了理论基础。     

Influence of aluminum solid fraction on property of steel-mushy aluminum bonding plate

The interfacial shear property of steel-mushy aluminum bonding plate was studied, and the relationship between aluminum solid fraction and the interfacial shear strength of bonding plate was determined. The results showed that when aluminum solid fraction is 34.3 %, the maximum interfacial shear strength of bonding plate is 71 .0 MPa.     

界面性能对晶须增强树脂基复合材料力学行为的影响

用碳化硅晶须、光敏树脂合成了光固化用树脂基复合材料,并对材料进行了拉伸测试,测试结果表明复合材料的实测拉伸强度与理论值相差较大;在实验的基础上进一步建立了复合材料的界面相模型,采用有限元方法分析了界面性能对晶须增强树脂基复合材料力学行为的影响.结果表明:界面性能对晶须承受轴向应力的影响远大于对树脂基体的影响,晶须界面剪切应力与界面结合强度成正比,晶须端面应力集中系数随界面结合性能的增强而递增.     

端部锚固对温度作用下CFRP-混凝土界面黏结行为影响

为了明确端部锚固措施对碳纤维复合材料(CFRP)-混凝土界面黏结行为的影响,采用解析理论手段建立了温度作用下端锚CFRP-混凝土界面剥离全过程理论模型.结合常温界面黏结理论,引入双线性黏结-滑移本构,推导了界面滑移、界面剪应力以及CFRP正应力分布表达式,给出了界面荷载-滑移响应及界面剥离承载力模型,通过与试验和数值结...     

全金属组元铁基块体非晶的制备与性能研究

3D打印成型碳纤维接枝碳纳米管增强热塑性复合材料的强度提高

王婼楠¹，吴海宏^1，2，郭子月³，刘春太²，申长雨²

（1. 河南工业大学 机电工程学院，郑州450001; 2.郑州大学 橡塑模具国家工程研究中心，郑州450002; 3.中山大学 数学学院（珠海）,珠海519082）

创新点说明：

1) 研究了碳纤维定量接枝碳纳米管对热塑性复合材料的界面性能及拉伸性能的影响。

2) 用3D打印模压成型的工艺方法制备了热塑性复合材料。

研究目的：

研究碳纤维表面接枝不同含量的碳纳米管对复合材料微观结构、界面性能和力学性能的影响。

研究方法：

1) 采用溶液法，通过控制碳纳米管接枝反应时间，制备不同含量碳纳米管接枝碳纤维，然后用硝酸刻蚀法，去除残留溶剂，验证了碳纳米管接枝的可靠性。用扫描电镜观察碳纤维的微观形貌，用FTIR测试碳纤维表面官能团并用XPS对碳纤维的表面官能团进行分析。

2) 用扫描电镜观察碳纤维与基体的结合情况并用接触角测量仪测试碳纤维与基体的接触角。

3) 通过 3D打印成型法成型了热塑性复合材料样条，并用扫描电镜观察碳纤维热塑性复合材料的界面微观形貌。

4) 采用万能试验机测试3D打印成型热塑性碳纤维复合材料的拉伸性能，并观察复合材料断口形貌。

结果：

1) 溶液法.扫描电镜观察发现碳纳米管在碳纤维表面均匀分布，表明碳纤维与碳纳米管之间存在较强的键合关系。但随着接枝时间的增加，碳纤维表面的碳纳米管含量逐渐增加，但达到0.4%时，出现分散不均匀现象。碳纤维表面含有上浆剂和去掉上浆剂的对比发现，无上浆剂的碳纤维表面沟壑明显，这些沟槽可以增加碳纤维的比表面积和表面能，增强了基体与碳纤维的机械相互作用。用FTIR测试碳纤维表面官能团并用XPS对碳纤维的表面官能团进行分析，结果表明，经偶联剂改性后，C=O键含量明显增加，碳纤维表面引入含氧官能团。C1，O1S峰增强，表明碳纳米管接枝到了碳纤维表面。

2) 扫描电镜结果表明，与表面未接枝碳纳米管的碳纤维相比，接枝碳纳米管的碳纤维与基体PA6具有更好的润湿性。接触角测试结果对比发现，接枝碳纳米管的碳纤维与基体的接触角，明显小于未接枝碳纳米管的。

3) 通过扫描电镜观察复合材料的界面微观形貌，结果表明：纤维与基体之间存在一定厚度的界面层，界面层的存在可以减轻纤维与基体之间的力学性能突变引起的应力集中，并防止界面缺陷的扩展。

4）界面结合强度测试结果表明，当碳纳米管的质量分数增加到0.25%时，复合材料的界面结合强度比未接枝碳纳米管的碳纤维增强的PA6复合材料提高了20%，比表面有环氧的碳纤维复合材料提高了41.8%。然而当碳纳米管含量大于0.4%时，界面结合强度不再继续增加。力学测试表明碳纳米管含量为0.25%的复合材料具有最高的平均模量、拉伸强度和界面剪切强度。接枝碳纳米管的碳纤维复合材料断口形貌可以观察到界面处基体中的韧窝。表明基体树脂在拔出纤维前经历了较大的塑性变形，表明纤维与基体有很好结合性。

结论：

实验结果表明，碳纳米管可以提高表面的润湿性和CF表面粗糙度。碳纳米管接枝碳纤维增强PA6与环氧上浆的碳纤维复合材料相比，当碳纳米管的质量分数达到0.25%时，复合材料的界面结合强度增加了41.8%，拉伸强度提高了130%，界面剪切强度提高了238%。然而，随着碳纳米管含量的继续增加到0.4%时，界面结合强度和力学性能就会下降。

关键词：热塑性复合材料，界面结合强度，界面剪切强度，3D打印成型

     

The Influence of Preheat Temperature of Steel Plate on Steel-mushy Cu-graphite Bonding

The pressing bonding of steel plate to QTi3.5-3.5 graphite slurry was conducted. Under the conditions of 530 ℃ for the preheat temperature of dies, 45% for the solid fraction of QTi3.5- 3.5 graphite slurry, 50 MPa for the pressure and 2 min for the pressing time, the relationship between the preheat temperature of steel plate and interfacial mechanical property of bonding plate was studied. The results show that when the preheat temperature of steel plate is lower titan 618 ℃ , the interfacial shear strength of bonding plate increases with the increasing of the preheat temperature of steel plate. When the preheat temperature of steel plate is higher than 618 ℃ , the interfacial shear strength decreases with the increasing of the preheat temperature of steel plate. When the preheat temperature of steel plate is 618 ℃ , the highest interfacial shear strength of bonding plate of 127.8 MPa can be got.     

非水反应高聚物–混凝土界面单调剪切特性及本构模拟

土与结构物的界面力学性质一直都是岩土工程探究的热点,为了探究非水反应高聚物与混凝土的界面剪切特性,本文基于单调直接剪切试验研究了竖向应力、剪切速率对高聚物-混凝土界面抗剪强度和剪切模量等特性的影响。试验结果表明:在给定的竖向应力与剪切速率下,随着剪切位移的增加,高聚物-混凝土界面呈现出剪切软化的现象。剪切速率对抗剪强度以及残余强度有一定的影响,对界面剪切模量值有显著影响,随着剪切速率的增加剪切模量值不断减小,减小幅值明显,然而对高聚物-混凝土界面的粘聚力、残余粘聚力、摩擦角以及残余摩擦角影响较小;竖向应力对高聚物-混凝土界面抗剪强度、残余抗剪强度以及剪切模量值有显著影响,并且高聚物-混凝土界面抗剪强度、残余抗剪强度以及剪切模量值随着竖向应力的增加而不断增加。同时,本文系统的公式推导描述了高聚物-混凝土界面的双曲线本构模型的构建过程,并依据相关实验结果初步验证了模型的有效性。     

Influence of diffusion time on property of steel—aluminum solid to liquid bonding

The bonding of solid steel to liquid aluminum was conducted using rapid solidification.The influence of diffusion time on interfacial shear strength was studied.The results show that when the temperature of aluminum liquid is 700℃and the preheat temperature of steel plate is 250℃,the relationship between diffusion time(t) and interfacial shear strength(σ)is σ=15.1 8.14t-0.37t 0.005t^3,and the maximum interfacial shear strength is 71.1MPa.     

TRC加固构件抗剪粘结强度试验研究

为了研究织物增强混凝土(TRC)加固层与老混凝土之间的粘结性能,本文对用织物增强混凝土(TRC)薄层加固的RC构件进行了界面剪切试验.粘结试件结合面处分别进行了人工凿糙和植抗剪钢筋两种处理方式,考察了不同界面处理方法对其剪切性能的影响,并探讨了不同粗糙度及植筋率对界面抗剪强度的影响规律.试验结果表明,结合面凿糙和植筋处理均能提高TRC加固层和老混凝土间的粘结性能,凿糙试件的粘结抗剪强度提高幅度较大,其最佳灌砂平均深度范围为2.0mm-4.0mm,植筋试件的粘结抗剪强度和延性均有所提高.     

受火后混凝土黏钢界面的剪切性能研究

针对不同的受火温度(250,350,450和550℃)和不同的混凝土强度(C25,C30和C35),进行了混凝土高温受火后黏钢界面剪切性能的试验研究.结果表明,当混凝土受火温度相同时,随着混凝土强度的提高,黏钢界面黏结剪切强度逐渐增大,平均增大幅度在3%左右,最大增大幅度近8%.当混凝土强度等级相同时,界面的黏结剪切强度随着受火温度的升高逐渐降低.当受火温度为450℃时,黏结剪切强度为常温的50%;当受火温度为550℃时,黏结剪切强度仅为常温的38%左右.得到了钢-混凝土黏结剪切强度与混凝土强度的比值随混凝土受火温度升高的退化规律.     

预制键槽UHPC-混凝土界面黏结性能研究

UHPC永久性模板与普通混凝土的界面黏结性能是两者协同作用的关键,研究不同键槽类型、混凝土强度和养护条件等因素对UHPC-混凝土界面黏结性能的影响。结果表明：键槽可以提高UHPC-NC界面黏结强度,其中B型键槽机械联锁作用贡献最大。劈裂拉伸试件界面中心轴线的应变大于两侧应变,界面裂缝从水平拉应变开始向压应变区域扩张。复合试件键槽的存在使得裂缝在混凝土内部由一端延伸至另一端,并非两端向内发展。随着后浇混凝土抗压强度的提高,界面劈裂抗拉强度增幅降低。蒸汽养护导致初始收缩变形较大,应力集中区域比标准养护试件更大。复合试件界面劈裂抗拉强度可以通过混凝土立方体抗压强度和拟合参数c计算得出。提出了最优永久性模板键槽参数和养护条件。     

Stress singularity near the end of a cylindrical interface and the linear elasticity of push-in tests

Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｐｌａｙｓａｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ.Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｓｈｏｗｔｈａｔｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓｏｆｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌｂｏｎｄｉｎｇｉｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｃａｎｅｎｈａｎｃｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｔｒｅｎｇｔｈｂｕｔｍａｋｅｔｈｅｔｏｕｇｈｎｅｓｓｄｅｃｒｅａｓｅ.Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ,ｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｉｓｒｅ…     

基于分段式模型考虑界面损伤的GFRP锚杆-砂浆粘结性能数值模拟

通过编写Vumat子程序定义玻璃纤维增强塑料(GFRP)锚杆材料参数,并考虑GFRP锚杆与砂浆界面的不均匀及损伤特性进行正交各向异性建模,借助ABAQUS有限元软件对GFRP锚杆与砂浆界面的粘结滑移特性进行分段模拟,探究GFRP锚杆轴力、界面剪应力分布形态,进而对不同直径GFRP锚杆-砂浆界面力学特性进行分析.研究结果...     

集料与硅酸盐水泥石界面区的若干研究

利用XRD层析法和SEM研究了集料与硅酸盐水泥石界面区的组成、CH晶体取向指数等。实验结果表明,界面区中水化产物主要是C-S-H凝胶、CH晶体、AFt、孔隙以及未水化的熟料矿物;界面区中CH晶体发育良好,取向作用较强,界面处它以(001)面平行于集料表面生长;水化龄期增长或水灰比提高时,CH晶体取向作用增强,而且水灰比高时,界面区中孔洞、裂纹增多,降低界面粘结强度;水泥中掺入5.0%wt硅灰后,CH晶体取向作用下降;水泥中掺入5.0wt%FDN减水剂,由于水泥早期水化程度低,对水泥石-集料早期粘结强度不利,但28d后其粘结强度就能赶上并超过其它试样。     

形状记忆合金增强复合材料界面剪应力研究

为研究形状记忆合金长纤维增强复合材料界面剪应力的分布情况,基于单纤维双圆柱拔出模型,推导了脱粘区和粘结区界面剪应力表达式.基于复合材料内部温度分布均匀,马氏体体积分数只与纤维内部轴向应力和温度相关等假设,分别讨论了恒定外应力荷载条件下温度(303、323、343 K)、预应变水平(0％、2％、4％、6％)及固定脱粘长度对界面剪应力分布的影响.数值模拟结果表明,通过控制外界温度和预应变水平,可以改变模型最大界面剪应力的值,进而控制界面脱粘现象的发生.对进一步研究SMA长纤维增强复合材料界面力学行为提供了一定的理论参考.