空心微珠增强铝基复合材料细观力学性能的数值模拟

基于代表性体积元的细观力学有限元的方法预测了空心微珠增强铝基复合材料的有效弹性模量、弹塑性应力应变和空心微珠与基体的界面性能.研究表明:影响复合材料有效弹性模量的重要参数为:空心微珠体积百分比(V4)和空心微珠壁厚与空心微珠半径的比值(t/R).同时也发现复合材料的颗粒增强金属基材料的特性随着空心微珠Vf的增加而减弱.     

铝/空心微珠复合材料弹性性能的预测研究

根据复合材料的基本原理建立了复合材料弹性模量的本构方程，在这基础上利用有限元的方法预测了空心微珠增强铝基复合材料的弹性模量，并在模拟中考察了空心微珠体积百分比（Vf）、空心微珠壁厚与空心微珠半径的比值（t／R）两个参数对弹性模量的影响。通过将有限元模拟结果与理论计算结果相比较，发现结果具有较好的一致性。由于有限元模型和公式是理想模型，其结果比实验值要高，为此，通过考虑空心微珠增强铝基复合材料的主要缺陷，从而使模拟值更接近于实验值。     

空心玻璃微珠/Al基泡沫材料的微观组织与性能研究

选用直径为40～80μm的空心玻璃微珠、铝粉为原料,制备含有不同体积分数的空心玻璃微珠Al基泡沫材料,并分析其显微组织与性能。研究结果表明,空心玻璃微珠Al基泡沫材料的密度范围在1.37～2.21 g/cm~3,孔隙率为18.23%～49.13%。当空心玻璃微珠的体积分数为30%、40%时,微珠分布比较均匀;体积分数达50%时,微珠出现团聚,团聚随着体积分数的增大而变得严重,团聚处微珠与基体的结合不好;在制备样品过程中,基体铝发生轻微氧化,微珠与基体也发生微量反应;微珠体积分数为40%的泡沫材料的吸能能力较好,达到62.88 MJ/m~3;材料的吸能能力随着微珠含量的增多而降低。     

复合材料中空心颗粒的团聚效应

采用有限元分析方法对空心颗粒增强金属基复合材料进行研究,分析空心颗粒团聚对复合材料性能的影响。结果表明,空心颗粒的加入,可以改善金属基复合材料的力学性能。当空心颗粒体积分数较小时,其团聚程度对复合材料的弹性模量影响不大。随着团聚颗粒体积分数的提高,复合材料的屈服强度先增大后降低。     

采用粉末冶金技术制备的空心微珠分散钛基复合材料的表征及磨损性能(英文)

采用粉末冶金技术制备空心微珠分散的钛基复合材料,并对其磨损和腐蚀行为进行研究。结果表明,所制备的复合材料组织中在α-Ti基体中分散有平均孔径为50~150μm的空心微珠。复合材料的多孔性归因于压制过程中载荷对空心微珠颗粒的破坏及空心微珠本身的空心特性。X射线衍射分析表明复合材料由Al2O3、SiO2、TiO2和α-Ti相组成。基体钛合金的显微硬度为HV 240,而复合材料的显微硬度在HV 1100~HV 1800范围内变化。磨损实验表明,相对于商用Ti-6Al-4V合金,复合材料对硬化钢球和WC球的抗磨损性能得到显著增强。复合材料在3.56%NaCl(质量分数)溶液中的腐蚀行为表明,其耐点蚀性能改善,腐蚀电位向正(更高)方向移动。然而,与商用Ti-6Al-4V合金相比,空心微珠分散钛合金的腐蚀速率增大。     

搅拌法铸造空心微珠-铝复合材料组织和性能的研究

采用半固态搅拌铸造法制备了铝-空心微珠复合材料，分别对金属型铸造和挤压铸造方法制备的铝-空心微珠复合材料的组织和性能进行了研究，并对其拉伸断口形貌进行了扫描电镜分析。结果表明：两种铸造方法制备的复合材料的抗拉强度都低于基体铝合金，随着空心微珠加入量的增加，复合材料的抗拉强度有所降低，密度减小，比强度增大，韧性降低，使复合材料的断裂形态从塑性断裂发展为脆性断裂。     

挤压铸造Al2O3/Al-4.5Cu复合材料的力学性能研究

研究了挤压铸造短纤维/铝基复合材料中纤维体积分数以及预制件的预热温度对复合材料力学性能的影响。结果表明：纤维加速了复合材料的时效强化过程，随着纤维体积分数的增加，复合材料的硬度、强度、弹性模量增大，而塑性下降；随着预制件预热温度的升高，冷却速度减慢，复合材料的力学性能下降。     

石墨烯纳米片增强镁基复合材料力学性能及增强机制

采用分子动力学方法(MD)对单层石墨烯纳米片(GNPs)与单面及双面Ni包覆单层GNP (Ni-GNP、NiGNP-Ni)增强镁基复合材料(GNP/Mg、Ni-GNP/Mg、Ni-GNP-Ni/Mg)在单轴拉伸作用下的力学性能进行了研究,并与含有空位缺陷的双面Ni包覆单层GNP (Ni-defected GNP-Ni)及双面Ni包覆多层GNPs (Ni-n GNPs-Ni)增强镁基复合材料(Ni-defected GNP-Ni/Mg、Ni-n GNPs-Ni/Mg (n为GPNs层数))拉伸性能进行了对比。研究结果表明:GNPs的加入可以显著增强镁基复合材料的力学性能,与单晶Mg相比,GNP/Mg纳米复合材料在300 K及应变速率为1×10~9 s~(-1)时的拉伸强度和弹性模量分别提高了32.60%和37.91%,而Ni-GNP-Ni/Mg的拉伸强度和弹性模量分别提高了46.79%和54.53%;此外,Ni-defected GNP-Ni/Mg复合材料的弹性模量和拉伸强度较GNP/Mg有较大的提高,但其断裂应变提高的幅度较小;而Ni-GNP/Mg复合材料的拉伸强度和断裂应变较GNP/Mg有较大的提高,但其弹性模量提高的幅度较小。Ni-GNP-Ni/Mg基复合材料的弹性模量、拉伸强度和断裂应变随着温度的升高而降低,表现出了温度软化效应,但复合材料弹性模量的变化对温度不敏感。随着Ni-n GNPsNi中n的增加,即增强体体积分数增大时,复合材料弹性模量、拉伸强度及断裂应变均随之增大,复合材料表现出良好的综合力学性能。最后通过对原子结构演化的分析,发现Ni-GNP-Ni/Mg纳米复合材料的强化机制主要是界面强化、载荷的有效传递及位错强化。     

铝基空心微珠复合材料的阻尼性能

为提高铝合金的阻尼性能,采用压力浸渗法制备50v01%空心微珠/ZL102复合材料,通过动态热机械分析仪研究复合材料在不同条件下的阻尼行为.结果表明,在20～180℃,复合材料的阻尼性能高于基体合金;室温时.复合材料的阻尼性能约为4.5×10-3,与基体相比提高了约一倍,相同体积分数时,复合材料的阻尼性能与空心微珠的粒径成反比.复合材料阻尼性能提高的主要原因是位错阻尼和界面阻尼以及第二相的孔洞效应.     

TiB_2含量对原位反应合成TiB_2/B_4C复合材料的组织结构和力学性能的影响(英文)

以B4C,TiO2和石墨粉为原料,采用原位反应热压烧结工艺(2050℃,35MPa,1h)制备了致密的TiB2含量为10%～40%(体积分数)的TiB2/B4C复合材料,并对复合材料的组织结构和力学性能进行了研究。扫描电子显微镜和透射电子显微镜分析结果表明:在B4C晶内及晶界处均匀分布着纳米或亚微米级的TiB2颗粒,随着TiB2含量的增加,弹性模量和断裂韧性明显增大,而弹性模量和抗弯强度却随之减小。40%(体积分数)TiB2/B4C复合材料具有高的断裂韧性,高达8.2MPam1/2,主要增韧机制由微裂纹增韧和裂纹偏转增韧。