SiC颗粒增强铝基复合材料物理及力学性能研究进展

SiC颗粒增强铝基复合材料既保持了金属特有的良好延展性、传热等特点,又具有陶瓷的耐高温性、耐磨损的要求。综述了SiC颗粒增强铝基复合材料的物理及力学性能,SiC颗粒增强铝基复合材料强化的物理模型主要有两种,即剪切滞后模型与Eshelby理论。     

颗粒增强铸造铝基复合材料的研究状况

介绍了颗粒增强名基复合材料的制造工艺，影响铝基复合材料制造工艺的主要因素以及颗粒增强铝基复合材料的应用前景。同时还介绍了我们制备颗粒墙强铝基复合材料的试验情况。将碳化硅颗粒增强粉料经氟盐预处理再加入过热铝熔体，经搅拌可以制造出碳化硅颗粒均匀分布的名基复合材料。     

碳化硅颗粒增强铝基复合材料SiC(P)/LD2的钎焊机理

就ＳｉＣ颗粒增强铝基复合材料ＳｉＣ（Ｐ）／ＬＤ２的钎焊过程及钎焊机理进行探索研究，在惰性气体保护的钎焊条件下获得了良好的焊接质量，焊后对钎缝作剪切强度试验及金相分析，发现钎缝被分成四个截然不同的组织区域。借助于扫描电镜及能谱射线成分分析，对钎料与母材的润湿及相互扩散机理进行了全面深入的分析研究，对钎缝四区的形成过程，不同钎焊条件下的钎缝强度及断裂特性作了合理的分析解释。     

SiC颗粒增强铝基复合材料制造工艺及性能

将２０－４０μｍ的ＳｉＣ颗粒（ＳｉＣｐ）经预处理后在真空中与铝共熔，然后冷至铝合金固液两相区搅拌，可明显改善ＳｉＣｐ／基体间的润湿性和增强相分布的均匀性；加镁也可改善其润湿性，该材料的强度是铝合金的二倍，弹性模量也提高两倍以上。     

SiC颗粒增强铝基复合材料薄板轧制工艺研究

研究了轧制方式、轧制温度等对SiC颗粒增强铝基复合材料显微组织和力学性能的影响.轧制温度为410℃,沿平行于挤压方向进行交叉轧制可以制备出高质量、高性能的薄板.轧制态7075/SiCp复合材料薄板的力学性能为: δa=542.51 MPa, δb=666.09 MPa, δ=4.91%.轧制变形对挤压过程中形成的SiC颗粒条带状不均匀分布也具有改善的作用:轧制过程中,SiC颗粒破碎,尺寸明显变小,形貌呈钝化趋势,随着轧制变形量的增加,SiC颗粒分布趋于均匀.     

SiC颗粒增强铝基复合材料的焊接

针对ＳｉＣ颗粒增强基复合材料的特性,分析了焊缝中存在的问题,介绍了典型焊接工艺方法用于该材料焊接的适用性,通过对常用焊接工艺的分析,指出选择合适的工艺方法和工艺是获得优质接头的关键,本文对复合材料的焊接生产具有指导意义,其基本原则也适用于其它类型铝基复合材料的焊接。     

SiC粒子增强铸造铝基复合材料的磨损性能与磨损机制

采用铸造法制备了１０ｖｏｌ％和２０ｖｏｌ％的ＳｉＣ铝基复合材料，在不同载荷下对基体合金复合材料进行了干磨擦条件下的对比试验，结果表明：ＺＬ１０１／ＳｉＣ复全材料显示出良好的耐磨性。     

碳化硅颗粒增强铝基复合材料的研究进展

综述了碳化硅颗粒增强铝基复合材料的国内外研究现状，从材料的选择、制备技术和性能等方面，分析了该材料发展过程中存在的一些问题以及相应的改进措施，并且指出了该材料今后发展的几个方向。     

纳米SiC颗粒增强铝基复合材料研究

用粉末冶金方法制备了纳米尺寸ＳｉＣ颗粒增强铝基复合材料，并将其组织及性能与相同工艺制备的纯铝和微米尺寸ＳｉＣ颗粒增强的铝基复合材料（增强相的体积分数相同）进行了对比．与微米颗粒相比，纳米颗粒增强的复合材料组织均匀而细小，硬度及电阻均有较大幅度的升高．     

SiC颗粒增强铝基复合材料的显微组织与力学性能

采用压铸浸渗法制备了体积分数为50%的SiC/Al-5.3Cu-0.8Mg-0.6Ag-0.5Mn耐热铝基复合材料.通过拉伸测试与组织观察,研究了高体积分数SiC颗粒增强对基体合金的显微组织与力学性能影响.结果表明,在基体Al-5.3Cu-0.8Mg-0.6Ag-0.5Mn合金中掺入高体积分数的SiC颗粒后,复合材料的时效硬化与拉伸性能得到了大幅度的提高,185 ℃峰时效处理后的抗拉强度从356 MPa增大到520 MPa.SiC/Al-5.3Cu-0.8Mg-0.6Ag-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.高体积分数SiC颗粒的增强并不改变基体合金的时效析出过程,析出相由Ω相和少量θ＇相组成,但SiC颗粒与基体之间发生了界面反应,生成了纳米级的Al4C3化合物.     

高体积分数SiC颗粒增强铝基复合材料的超声波钎焊

研究了大气条件无钎剂作用下,SiC颗粒体积分数为55%的SiCp/A356 复合材料的超声波辅助钎焊的性能,在焊接过程中采用了Zn-Al钎料,研究结果表明,当超声波作用时间为0.5 s时,在钎料与复合材料界面处大部分位置氧化膜仍然连续.当超声波作用时间增加到5 s时,焊接接头区域的氧化膜完全消失,有一些铝枝晶从母材向Zn-Al合金中生长,使Zn-Al合金能够完全润湿复合材料基体合金,形成良好的冶金结合.并且随着超声振动时间的延长,液态Zn-Al合金能够逐渐润湿复合材料表面裸露的SiC增强相颗粒,接头的剪切强度由0.5 s的54.3 MPa增加到5 s的155.6 MPa,和母材的剪切强度接近(159.9～178.1 MPa).     

Effects of SiC volume fraction and aluminum particulate size on interfacial reactions in SiC nanoparticulate reinforced aluminum matrix composites

The SiC nanoparticulate reinforced Al-3.0 wt.% Mg composites were fabricated by combining pressureless infiltration with ball-milling and cold-pressing technology at 700 °C for 2 h. The effects of SiC nanoparticulate volume fractions (6%, 10% and 14%) and Al particulate sizes (38 μm and 74 μm) on interfacial reactions were investigated by SEM, TEM and X-ray diffraction. The results show that the MgO at the interface between SiC nanoparticulate and molten Al can provide a barrier for the diffusion of Si, C and Al. Using Al particulate (74 μm) as raw material, the Al₄C₃ phase was not found in the composites containing 6 vol.% and 10 vol.% SiC, but presented in the composites containing 14 vol.% SiC. When SiC content up to 14 vol.%, the products of MgO around SiC nanoparticulate are not enough to provide effective protection from the reaction between SiC and molten Al, therefore the diffusion of Si, C and Al can take place to produce Al₄C₃ and Si phases. Using 38 μm Al particulate as raw material, the fine Al particulate possesses the high reaction activity and can easily be embedded into the gap among the big Mg particulate segregated at the interface, resulting in the appearance of exposure surface of SiCp to the Al and the forming of diffusion channels for the atomics C, Si and Al. So, the formations of Al₄C₃ and Si phases were occurred.     

SiC颗粒增强铝基复合材料的电子束焊接研究现状

综述SiC颗粒增强铝基复合材料电子束焊接的研究现状。在简要介绍电子束焊接原理的基础上,阐述目前该类材料在电子束焊接过程中存在的主要问题及相应的解决措施。对SiC颗粒增强铝基复合材料的电子束焊接数值模拟的未来研究发展动向进行了分析和展望。     

Mechanism of laser welding of SiC reinforced LD2 aluminum metal matrix composite

0ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＭｅｔａｌｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｒｅｉｎｃｏｍｐａｒａｂｌｅｔｏｔｈｅｍａｔｒｉｘａｌｌｏｙｓｗｉｔｈｔｈｅｉｒｓｕｐｅｒｉｏｒｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｓｕｃｈａｓｈｉｇｈｓｐｅｃｉｆｉｃｓｔｒｅｎｇｔｈ ,ｈｉｇｈｓｐｅｃｉｆｉｃｓｔｉｆｆｎｅｓｓ,ｈｉｇｈｓｐｅｃｉｆｉｃｍｏｄｕｌｅ ,ｌｏｗｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎ[1 ] .Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ,ｍａｎｙｃｏｕｎｔｒｉｅｓｓｕｃｈａｓＡｍｅｒｉｃａ,Ｒｕｓｓｉａ ,Ｊａｐａｎ ,Ｗｅｓｔ Ｅ…     

等温锻造对碳化硅颗粒增强铝基复合材料断裂韧性的影响

开展了粉末冶金法制备的20%SiC_p/2009Al复合材料坯锭的等温锻造实验,通过金相观察、扫描电镜(SEM)、拉伸和断裂韧性测试等方法研究了不同变形量对锻件微观组织和力学性能的影响。结果表明,随着等温锻造变形量的增大,SiC颗粒分布更加均匀,锻件的强度和塑性显著提高。通过SEM对材料断裂韧性裂纹扩展路径观察发现,主裂纹扩展发生在SiC颗粒偏聚区域的铝基体中。复合材料的断裂方式为以基体韧性断裂和增强体脆性断裂这2种方式为主。     

SiC颗粒增强铝基复合材料的热挤压工艺研究

开展了ＳｉＣ颗粒增强铝基复合材料热挤压工艺的实验研究，分析了其挤压成形的力能变化规律。结果表明：该材料的挤压载荷随着变形温的提高而显著降低；在一定温度下，其挤压成形随着挤压位移的增加而呈出现填充挤压，强化挤压等阶段性变化的特点。     

Ni涂覆SiC颗粒增强Al—Fe—V—Si耐热铝基复合材料

应用新型化学涂层工艺（置换法）,成功地制备出结合紧密,光滑的Ni涂SiC粉末;分析对比了两种不同涂层工艺原理及涂层效果,分析了不同SiC增强Al-Fe-V-Si(0812)复合材料物理和力学性能,结果表明：涂覆后的SiC与基体结合牢固,涂履层（Ni)的加入降低了材料内部颗粒（SiCp)与基体（Al-Fe-V-Si)之间的 孔隙,10％SiC(Ni)(质量分数）／Al-Fe-V-Si(0812)复合材料在室温的断裂强度分别比基体和10％SiCp( 质量分数）／Al-Fe-V-Si(0812)复合材料增加了62．15％和2．82％,在400℃时分别增加了55．3％和28．6％。     

原位生成铝基复合材料的激光焊接

采用大功率激光器研究新型铝基复合材料TiB2/ZL101的焊接性能,TiB2粒子的存在增加了焊缝熔池粘度降低了熔池流动性,影响了焊缝成形,增加了气孔敏感性.焊缝中气孔主要来源于氢和复合材料中的残留盐.激光焊接过程中较大的冷却速度使得焊缝晶粒非常细小,TiB2粒子在焊缝中分布更均匀,没有出现粒子偏析,主要是因为TiB2粒子是属于纳米级,在凝固过程中被凝固界面前沿所捕获而没有被推移.TiB2粒子没有与铝基体发生界面反应生成脆性相Al3Ti及AlB2,TiB2粒子与Al基体界面结合较好.结果表明,激光焊接后没有破坏TiB2粒子的增强效果.     

Mechanical properties of tungsten fiber reinforced ZrAlNiCuSi metallic glass matrix composite

Tungsten fiber reinforced (Zr₅₅Al₁₀Ni₅Cu₃₀)_98.5Si_1.5 metallic glass composites were fabricated and characterized. The mechanical properties of the composite under compression and tension were investigated. Tungsten reinforcement greatly increased compressive strain to failure compared to the unreinforced (Zr₅₅Al₁₀Ni₅Cu₃₀)_98.5Si_1.5 metallic glass. The compressive failure mode changed from a single shear band to multiple shear bands and to localized fiber buckling and tilting as the volume fraction of tungsten fiber increased. The maximum tensile strength and strain to failure of each of the composites were lower than those of unreinforced material due to the lack of substantial shear bands. Tensile toughness changed to some extent due to different interface reactions. The reason for the improved mechanical properties is discussed.