SiCP/AZ91复合材料的显微组织、力学性能及强化机制

通过搅拌铸造工艺制备出SiC_P体积分数分别为2%、5%、10%和15%的4种5 μm SiC_P/镁合金（AZ91）复合材料。对5 μm SiC_P/AZ91进行了固溶、锻造和热挤压。通过与AZ91对比,研究了SiC_P对AZ91基体热变形后显微组织和力学性能的影响规律。结果表明：SiC_P/AZ91热变形后的晶粒尺寸取决于SiC_P的体积分数。SiC_P的体积分数由0%增加到10%时,SiC_P/AZ91热变形后的平均晶粒尺寸减小;当SiC_P颗粒继续增加到体积分数为15%时,平均晶粒尺寸反而增大。SiC_P的加入能显著提高AZ91的屈服强度和弹性模量,并随颗粒体积分数的增加而增大。SiC_P对AZ91基体的强化作用主要源于位错强化、细晶强化和载荷传递作用,其中,细晶强化对屈服强度的贡献最大。     

多粒径TiB2颗粒增强铜基复合材料的制备与载流摩擦磨损性能

采用粉末冶金工艺分别制备了单一粒径TiB₂颗粒和多粒径TiB₂颗粒增强铜基复合材料,对比研究了非载流和载流条件下多粒径（2 μm+50 μm）TiB₂/Cu复合材料的摩擦磨损行为。微观组织观察表明:不同粒径的TiB₂颗粒在Cu基体中分布均匀。与单一粒径TiB₂/Cu复合材料相比,多粒径TiB₂/Cu复合材料具有更高的相对密度、硬度和导电率。摩擦磨损实验结果表明:多粒径TiB₂/Cu复合材料抗摩擦磨损性能明显高于单一粒径TiB₂/Cu复合材料,当2 μm与50 μmTiB₂颗粒配比为1:2时,多粒径TiB₂/Cu复合材料的抗摩擦磨损性能最佳。相对于2 μm单一粒径TiB₂/Cu复合材料,电流为0 A时,（2 μm+50 μm）TiB₂/Cu复合材料的摩擦系数和磨损率分别降低了17.3%和62.5%;电流为25 A时,（2 μm+50 μm）TiB₂/Cu复合材料的摩擦系数和磨损率分别降低了6%和45.8%,同时载流效率和载流稳定性得到明显提高,磨损表面更加平整。磨损机制分析表明:多粒径TiB₂颗粒合理配比有利于提高复合材料载流质量,同时摩擦过程中大粒径的TiB₂颗粒起到支撑作用,小粒径的TiB₂颗粒弥散强化Cu基体,二者的协同作用使TiB₂/Cu复合材料具有更好的抗载流摩擦磨损性能。      

多道次搅拌摩擦加工对SiCP/2A14铝合金复合材料显微组织和力学性能的影响

采用搅拌摩擦加工(FSP)技术对SiC颗粒增强2A14铝合金(SiC_P/2A14)复合材料进行处理,通过金相表征、电子背散射衍射(EBSD)、SEM、硬度测试及力学拉伸实验等分析了多道次搅拌摩擦加工对SiC_P/2A14复合材料微观组织、力学性能及超塑性变形行为的影响。研究表明:经搅拌摩擦加工后,SiC_P/2A14复合材料搅拌区内SiC颗粒分布明显均匀,晶粒细化,其中2道次搅拌摩擦加工的SiC_P/2A14复合材料的晶粒尺寸最小,为3.14 μm。随着搅拌加工道次的增加,SiC_P/2A14复合材料的硬度降低,室温抗拉强度和高温延伸率均先提高后降低,其中2道次搅拌摩擦加工的SiC_P/2A14复合材料的室温抗拉强度为319 MPa,相较于未经FSP处理的SiC_P/2A14复合材料提高了41%,在500℃、应变速率为1.0×10?3 s?1条件下高温延伸率为609%,相较于未经FSP处理的SiC_P/2A14复合材料提高了133%。      

等径角挤压道次对SiC_p/Al复合材料显微组织的影响

为改善超高强度SiCp/Al复合材料的塑性,以Bc路径对喷射沉积SiCp/7090Al（SiC颗粒体积分数15%,名义尺寸10μm）复合材料进行等径角挤压变形,研究了复合材料显微组织和力学性能的演变规律.结果表明：经过4个道次变形后,获得等轴晶粒,尺寸大约为400 nm;SiC颗粒在剪切应力作用下被破碎,尺寸约2μm;...     

位错对高体积分数SiCP/2024Al时效行为的影响

采用粒径为1μm的SiC颗粒,用挤压铸造法制备出体积分数为45 %的SiC_P/2024Al复合材料,研究了位错对高体积分数SiC_P/2024Al时效行为的影响。结果表明,复合材料中的高密度位错可以湮灭大量的淬火空位,这在一定程度上抑制了GP区的析出。但是,高密度位错的存在降低了其它析出相的热扩散激活能,促进了析出相形核;还能为原子的管道扩散提供通道,促进了溶质原子的扩散,加速析出相的长大,在宏观上表现为对时效行为的促进,使峰时效提前。高密度的位错为强烈依赖于位错等缺陷形核的θ'和S'相提供许多优先形核的场所,使复合材料中的形核密度增加,同时使析出相的尺寸减小,所以复合材料中的析出相呈现细小弥散的分布特点。      

SiC 和Gr 颗粒混杂增强Al 基复合材料的摩擦磨损特性的研究

比较了SiC 和Gr 颗粒混杂增强Al 基复合材料的干摩擦磨损行为, 并与单一SiC_P 和单一G_rP 增强Al 基复合材料的相应行为进行了比较。结果表明, 在低载荷(< 30 N ) 时, SiC_P 和G_rP 能协调作用, 使混杂复合材料的摩擦系数和磨损率均比单一SiC_P 和G_rP 增强复合材料低。在较高载荷(30～ 120 N ) 时, 混杂复合材料磨损以剥层磨损机制为主, 摩擦系数比单一SiC_P 增强复合材料低, 磨损率比单一G_rP 增强复合材料低得多, 比单一SiC_P 增强复合材料高。混杂复合材料对偶件的磨损比单一SiC_P 增强复合材料低得多。      

SiC泡沫陶瓷/球墨铸铁双连续相复合材料的气固两相流冲蚀性能

将SiC泡沫陶瓷氧化后用挤压铸造法制备了SiC泡沫陶瓷/球墨铸铁(DI)双连续相复合材料(SiC_foam/DI)。使用气固两相流冲蚀磨损试验机对比研究了冲蚀时间(t)、粒子速度(ν)和冲蚀角度(α)对SiC颗粒/球墨铸铁复合材料(SiC_p/DI)、SiC_foam/DI复合材料和DI冲蚀性能的影响，并分析了冲蚀机理。结果表明：随着冲蚀时间的增加三种材料的冲蚀速率逐渐减小并趋于稳定；随着粒子冲击速度的提高DI的冲蚀速率逐渐增加，冲蚀速率与ν^2.95成正比；在冲击速度小于87.5 m/s时SiC_p/DI和SiC_foam/DI复合材料的冲蚀速率相近，冲击速度大于87.5 m/s时SiC_p/DI复合材料的冲蚀速率明显地比SiC_foam/DI复合材料的高。随着冲蚀角度的增大DI呈现出脆性材料的冲蚀特征，SiC_p/DI和SiC_foam/DI表现出典型的塑性材料的冲蚀特征，最大冲蚀速率对应的冲蚀角为45°。低角度时DI的冲蚀机理为微切削，高角度时为冲蚀坑和微裂纹。用高速粒子冲击时，由于SiC泡沫陶瓷的整体增强作用和阴影保护效应，SiC_foam/DI比SiC_P/DI和DI具有更高的抗冲蚀磨损性能。     

多粒径TiB2/Cu复合材料耐电弧侵蚀行为

采用粉末冶金工艺制备了不同配比的多粒径(2 μm+10 μm+50 μm) TiB₂/Cu复合材料。通过JF04C触点材料测试系统对多粒径TiB₂/Cu复合材料进行耐电弧侵蚀性能试验,研究(2 μm+10 μm+50 μm) TiB₂颗粒质量比分别为1∶1∶1、1∶1∶3、1∶3∶1、3∶1∶1时,TiB₂/Cu复合材料的耐电弧侵蚀性能及电弧侵蚀形貌变化规律,探究多粒径配比对TiB₂/Cu复合材料表层耐电弧侵蚀行为的影响。结果表明:当(2 μm+10 μm+50 μm) TiB₂颗粒质量比为1∶1∶1时,TiB₂/Cu复合材料相对密度和导电率最高,分别为99.1%和87.1%IACS。当(2 μm+10 μm+50 μm) TiB₂颗粒质量比为1∶1∶1和1∶3∶1时,TiB₂/Cu复合材料的组织均匀性较好,电弧侵蚀后材料损失相同,材料转移量最少。其中,质量比为1∶3∶1时,TiB₂/Cu复合材料平均燃弧能量最低,且燃弧时间和燃弧能量最稳定。研究表明,这与复合材料的综合物理性能密切相关。在颗粒增强Cu基复合材料设计过程中,引入合适配比的多粒径TiB₂颗粒有助于提高TiB₂/Cu复合材料的密度、导电率等综合物理性能。电弧侵蚀过程中,不同粒径的TiB₂颗粒相互协同作用,有助于提高TiB₂/Cu复合材料的耐电弧侵蚀性能和服役稳定性。      

亚微米SiCP 增强Al 基复合材料摩擦磨损性能

采用冷压烧结和热挤压方法制备出1. 5～5 vol % SiC_P (130 nm) / Al (149～75μm) 复合材料, 并对其抗压、硬度和滑动磨擦特性进行了研究, 旨在研究引入弥散的亚微米级SiC_P 对SiC_P / Al 复合材料磨擦性能的影响。结果表明: 随着SiC_P (130 nm) 含量的增加, 其显微硬度值也增加, 在SiC_P (130 nm) 含量为1. 5 vol %和5 vol %时,SiC_P (130 nm) Al 复合材料显微硬度分别为28. 4 和33. 3 ; 复合材料的抗压强度分别是170 MPa 和186 MPa ; 在较高载荷下, 随SiC_P 含量增加, 复合材料的耐磨性能提高, 1. 5 vol % 和5 vol % SiC_P / Al 基复合材料具有优异的滑动磨损抗力, SiC_P / Al 基复合材料耐磨性优于挤压态QSn6. 520. 4 和纯Al ; 磨损表面形成Al 基体弥散分布着SiC_P和孔隙的理想耐磨组织。      

不同冷却润滑方式对切削SiCP/Al复合材料刀具磨损的影响

为探究不同冷却润滑方式对切削SiC_P/Al复合材料刀具磨损的影响,进行了干切削（Dry）、微量润滑（MQL）、液氮（LN₂）、切削油（Oil）和乳化液（Emulsion）共五种冷却润滑条件下的车削实验,分析了冷却润滑方式对刀具边界磨损、刀具破损和后刀面磨损的影响。结果表明:MQL和LN₂有更佳的流体冲刷效果,可以将脱落的SiC颗粒及时带离切削区,减少边界磨损; Oil和Emulsion冲刷效果较差,会加剧边界磨损。LN₂的使用会增加刀具受到的热应力和机械冲击,积屑瘤发生完全脱落,造成切削过程不平稳,当切削距离达到1 100 m时,刀具发生破损; Oil切削时,严重的边界磨损导致刀尖部位尺寸减小,强度降低,当切削距离达到825 m时发生了刀具破损。MQL良好的润滑渗透性和LN₂有效的冷却效果可以减少后刀面磨损。因此,MQL兼具冷却、润滑和流体冲刷效果,更加适合作为切削SiC_P/Al复合材料的冷却润滑方式。      

(SiCP/Cu)-铜箔叠层复合材料的制备与组织性能

采用浸涂法和热压烧结法制备了（SiC_P/Cu）-铜箔叠层复合材料,研究了SiC_P含量对材料组织结构、拉伸性能和断裂韧性的影响。结果表明,制备的（SiC_P/Cu）-铜箔叠层复合材料层间厚度均匀,界面结合力良好,增强颗粒SiC能够弥散分布于黏结相中和界面处。随着SiC_P体积分数的增加,（SiC_P/Cu）-铜箔叠层复合材料的抗拉强度和屈服强度都先增加后降低,当SiC_P的体积分数为20vol%（总体积为100）时,其抗拉强度和屈服强度达到最大值,分别为226.5 MPa和113.1 MPa,断裂方式主要为韧性断裂和部分脆性解理断裂。裂纹扩展方向平行于层界面时,材料的断裂韧性随SiC_P体积分数的增加略有减小,SiC_P体积分数为15%时达到最大值16.96 MPa·m^1/2;裂纹扩展方向垂直于层界面时,（SiC_P/Cu）-铜箔叠层复合材料的断裂韧性随SiC_P体积分数的增加逐渐减小,SiC_P体积分数为15%时达到最大值12.51 MPa·m^1/2。     

SiC颗粒增强铝基复合材料的纯铜中间层液相扩散焊

采用Cu箔中间层在Ar气氛保护、550℃条件下过渡液相扩散焊(TLP)焊接SiC颗粒(SiC_P)增强Al基复合材料SiC_P/ZL101和SiC_P/Al (SiC_P 10vol%),对母材与焊接接头的微观组织、剪切强度、焊接接头剪切断面与断裂路径等进行分析。结果表明:在铸Al(ZL101)与纯Al(Al)基体中,分别通过共晶温度较低的Al-Si-Cu(524℃)三元共晶反应与Al-Cu(548℃)二元共晶反应实现中间层金属/基体金属(M/M)界面润湿。其中铸Al基体焊接接头中虽有颗粒偏聚,但由于Al-Si-Cu三元共晶反应的Cu含量(26.7wt%)低于Al-Cu二元共晶反应的Cu含量(33wt%),SiC_P/ZL101焊接接头焊缝中CuAl₂相少于SiC_P/Al焊接接头焊缝中的CuAl₂相,且未出现CuAl₂相的聚集,故其强度较高。Cu中间层形成的金属间化合物CuAl₂相是影响焊接接头力学性能的重要因素,两种复合材料焊接接头的剪切强度分别为85.4 MPa和73 MPa。      

Fabrication of an electronic package box of SiCP/Al composites with high volume SiCP

In this paper, a SiC_P preform was prepared by Powder Injection Molding (PIM), and the melting aluminum was injected into the SiC_P preform by the pressure infiltration method to manufacture an electronic package box of SiC_P (65%)/Al composites. SiC_P (65%)/Al composite prepared by pressure infiltration has full density and a homogeneous microstructure. The relative density of the composite is higher than 99%, the thermal expansion coefficient and thermal conductivity of the composite are 8.0?10 ^6/K and nearly 130 W/(m °K) at room temperature, respectively, which meet the requirements of electronic packaging.     

Cl~-浓度对SiC_P/Al复合材料电化学腐蚀行为的影响

采用浸泡模拟实验方法、电化学极化和电化学阻抗谱测试技术,研究了Cl~-浓度对SiC_P/Al复合材料电化学腐蚀行为的影响。结果表明:SiC_P/Al复合材料在Cl~-介质下钝化现象不明显,腐蚀过程主要为点蚀腐蚀。随Cl~-浓度增加,SiC_P/Al复合材料腐蚀速率增加,点蚀电位降低,且复合材料的腐蚀过程机制表现为由单纯电荷传递过程机制向电荷传递过程与腐蚀产物扩散共同作用的混合机制转变。电化学阻抗谱随Cl~-浓度增加呈现出2种类型:单一容抗弧类型、高频区容抗弧和低频区一条与实轴呈45°直线(经典Warburg阻抗)组合的复合类型。     

SiC_P/Al基复合材料在等径角挤扭变形中的界面原子扩散行为

为了研究金属基复合材料在剧烈塑性变形(SPD)过程中增强颗粒与金属基体的界面连接机制,通过等径角挤扭(ECAP-T)工艺在较低温度下制备块状10wt%SiCP/Al基复合材料,并对经过1、2和4道次ECAP-T变形的SiC颗粒与纯Al之间的界面反应以及元素扩散进行了研究。通过TEM和XPS研究了界面和元素扩散,结果表明:即使在较低的外界制备温度下,Al和SiC颗粒表面的SiO2层也能够发生反应,形成主要由Al2O3组成的界面层。相比理论计算值,ECAP-T变形可以将Al的扩散系数提高约1016倍,增强扩散的原因主要是ECAP-T变形促使界面温度升高,且在铝基体内产生空位、位错和晶界等高密度晶格缺陷。     

基于双树复小波变换的SiCP/Al复合材料加工表面质量评价

SiC_P/Al复合材料切削加工表面存在大量的凸起、凹坑和沟槽等缺陷,获取表面粗糙度信息时易将缺陷信息计入到粗糙度中,从而影响加工表面质量的合理评价。为提取加工表面粗糙度信息,合理评价SiC_P/Al复合材料加工表面质量,提出一种基于双树复小波变换（DT-CWT）的滤波方法。采用最小二乘法、高斯滤波法和DT-CWT变换的滤波方法对已加工表面进行粗糙度提取,从稳定性及受缺陷影响程度两个方面对三种方法的粗糙度信息提取效果进行对比。结果表明：基于DT-CWT的滤波方法具有较高的稳定性,并能够更有效区分表面粗糙度及缺陷信息,更适于SiC_P/Al复合材料加工表面粗糙度信息提取。应用基于DT-CWT的滤波方法,对不同Al基体的SiC_P/Al复合材料切削加工表面质量评价的结果表明：SiC_P/2024Al复合材料表面质量明显优于SiC_P/6063Al复合材料。     

Effects of particle size on deformation behaviour of metal matrix composites

Abstract

By incorporating the dislocation strengthening effect into the Mori–Tanaka method, a new hybrid approach is developed in the present paper for calculating the deformation response of SiCp/Al composites. The diameters of the particles are 1, 5, 20 and 56 μm. Both numerical and experimental results indicate a close relationship between the particle size and the deformation behaviour of the composites at a constant particle volume fraction. The yield strength and plastic work hardening rate of the composites increase with decreasing particle size. The predicted stress–strain behaviour of the composites is in qualitative agreement with the experimental results. By incorporating Weibull statistics for particle fracture, the results simulated are agreed well with the experimental results for particle size >5 μm.     

The dynamic properties of SiCp/Al composites fabricated by spark plasma sintering with powders prepared by mechanical alloying process

The dynamic compressive properties of SiC particle reinforced pure Al matrix composites, fabricated by spark plasma sintering technique with mixture powders prepared by mechanical alloying process, were tested in this paper. Two different average SiC particle sizes of 12 μm and 45 μm were adopted, and the compressive tests of these composites at strain rates ranging from 800/s to 5200/s were conducted by split Hopkinson pressure bar. The damage mechanism of the SiC_p/Al composites was analyzed through the microstructural observations and high-precision density measurements. Results show that the dynamic properties and damage accumulation of these composites are significantly affected by the particle distribution, size, particle cracking, particle/matrix interface debonding and adiabatic heat softening. The composites containing smaller SiC particles exhibit higher flow stress, lower strain rate sensitivity, and less damage at high strain rate deformation.