粉煤灰泡沫陶瓷铝基复合材料的制备及界面结合研究

以粉煤灰泡沫陶瓷作为增强相,以铝硅合金作为基体材料,采用挤压铸造工艺制备出粉煤灰泡沫陶瓷铝硅合金复合材料。研究了相同浇注温度不同基体材料以及同种基体材料不同浇注温度因素下复合材料界面结合的情况。结果表明,以亚共晶铝硅合金(ZL101)、共晶铝硅合金(ZL102)和过共晶铝硅合金(Al-23Si)作为基体材料均能制备出界面结合良好的复合材料,并且界面之间形成了一组织紧密的硅相过渡带;粉煤灰泡沫陶瓷铝硅合金复合材料的界面结合机构是机械联锁结合、存在扩散层和界面反应的混合机构;铝硅合金与粉煤灰泡沫陶瓷的界面结合能力随着温度的升高而提高,在温度低于780℃的情况下,界面易出现分离现象,780~810℃为较佳浇注温度。     

混凝土桥梁金属配件粉末渗锌防腐蚀层研究

实验室小型共渗炉内制备的试样与工业化渗层试样在结构和性能方面不同。为更合理地评价工业化渗层质量,通过工业随炉共渗制备渗锌小尺寸试样,分析了渗锌防腐蚀层的厚度、微观结构、元素分布、硬度,并测试其耐盐雾性能。结果表明:渗锌后工件表面结构可分为Zn-Fe合金层和含Zn过渡层,Zn-Fe合金层在表层,Zn含量较高,是防腐蚀防锈的主要结构层; Zn-Fe合金层与铁基体的界面过渡层厚度约20μm,Zn-Fe合金层与基体结合紧密;渗锌温度高、保温时间长有助于提高工件表面渗层厚度,随炉渗锌小尺寸试样增重法测得的渗层厚度最小,较适用于监控每炉工件共渗质量;合金层硬度高于基体,硬度向基体方向逐步降低,合金层和离界面60μm处的硬度均高于基体30 HV以上,可提高工件表面的耐磕碰性能;常用渗锌温度(420℃)热处理对工件表面硬度无影响,渗锌工件表面硬度增加主要在于表面形成了合金层;随着渗锌层厚度增加,渗层样品耐盐雾性能逐渐提高,渗层厚度宜≥60μm。     

离心铸造WCp/Fe-C复合材料及其应用研究

通过扫描电镜、电子能谱分析,研究了离心铸造复合材料辊环的机械性能,微观组织及其应用.结果表明在离心铸造条件下制备的WCp/Fe-C复合材料辊环,其复合材料工作层的硬度达到HRA80～85,接近了粉末冶金辊环的硬度(HRA81～88),复合材料工作层和芯部贝氏体基体的冲击韧性ak值分别达到5.4和14.8J/cm2.高于粉末冶金辊环的韧性(1.6～3.0J/cm2).辊环复合材料工作层中增强颗粒的体积分数和复合材料工作层厚度均受离心转速和浇注温度影响.在离心转速＞1200r/min、浇注温度＞1500℃时,可制备复合材料工作层厚度18～24mm、WCp体积分数80%、界面结合良好没有微观和宏观裂纹缺陷的复合材料辊环.     

HT300/7CrMnSiMoV双金属复合铸造汽车模具组织性能的研究

采用扫描电镜、显微硬度计、Instron-3382型力学性能试验机等,对双液复合铸造铸件的界面结合情况、微观组织和力学性能进行研究。结果表明:采用合理的铸造生产工艺,成功制备了满足使用性能要求的HT300/7CrMnSiMoV双金属汽车模具铸件,其复合界面清晰、致密,无明显缩孔、缩松等铸造缺陷;复合界面由钢基体区、过渡区和铁基体区3个区域组成。过渡区呈犬牙状/锯齿形结构,过渡层厚度约为400μm,界面附近Cr和Si元素呈梯度分布,两种合金冶金结合状态良好;复合界面两侧显微硬度呈梯度分布,其抗拉强度达到339 MPa,断裂位置出现在灰铸铁一侧,双金属界面的结合强度高于灰铸铁。     

Mg/Zn/Al瞬间液相过冷连接界面的组织与性能研究

采用瞬间液相过冷连接方法对AZ31镁合金/锌中间层/5083铝合金进行连接,利用SEM、XRD、拉伸实验机和微观硬度计对结合界面的微观组织、力学性能进行了表征。结果表明,以锌作中间层,采用瞬间液相过冷连接可以实现AZ31镁合金与5083铝合金的有效连接,接头的最高抗拉强度可以达到38.5MPa,随着低温扩散保温时间的延长,扩散层厚度随之增加,接头的抗拉强度也随之升高;接头的拉伸断口属于脆性断裂,结合界面形成了MgZn2和少量的Mg17Al12金属间化合物;结合界面的微观硬度最高达170。     

消失模铸造制备镁合金表面复合材料的研究

以AZ91D合金为基体,金属铝粉作为主要的合金化元素,自制了性能优良的合金化涂料,利用消失模铸造工艺制备了表面复合材料.在温度780℃、负压度-0.02MPa条件下进行浇注,研究发现在镁合金基体表面有大量的新相生成,利用扫面电镜和电子能谱对组织进行分析,当合金化涂料厚度从0.3mm增加到0.5mm时,复合层的厚度也随之增加,可达到300微米,并且组织均匀、致密.硬度测试和模拟海水腐蚀试验表明,表面复合层最高硬度可以达到基体的3倍左右;并且腐蚀速率与铸态的AZ91D相比降低了5倍左右.     

金属陶瓷覆层-钢基体界面结合状态的研究

为提高钢基材料的耐磨性和耐腐蚀性,以金属Mo粉、Fe粉和B-Fe合金粉末为原料,采用原位反应真空液相烧结技术,在钢基体表面制备三元硼化物金属陶瓷覆层.测定了覆层-钢基体界面结合强度及界面结合区的显微硬度变化,研究了界面微观结构和界面区元素分布,并对覆层-钢基体界面层形成的机理进行了分析.结果表明,覆层与钢基体之间的断裂破坏发生于界面附近的钢基体和覆层内,而不是覆层与钢基体之间结合界面的剥离;在覆层-钢基体结合界面处,存在由高硬度覆层到低硬度钢基体的狭窄过渡区,合金元素的分布形成具有一定厚度的过渡层.     

PA6/ABS共混物的脆-韧转变研究

采用熔融共混方法制备了苯乙烯-马来酸酐共聚物(SMA)增容的PA6/ARS共混物,结合吴守恒的临界基体层厚度(IDc)理论,考察了基体层厚度与界面粘接对PA6/ABS共混物脆一韧转变的影响.结果表明,温度低于8℃,当ID减小时,冲击强度先缓慢增加,当ID＜ID.时,共混物缺口冲击强度急剧增加;测试温度处于13℃～23℃...     

固溶处理冷却方式对Cu/Al复合板界面微观组织的影响

利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射等手段研究了冷却方式(水冷、空冷和炉冷)对Cu/Al复合板界面微观组织的影响,利用显微硬度仪测试了冷却方式对铸轧Cu/Al复合板力学性能的影响。实验结果表明:铸轧复合板界面形成Al_2Cu、AlCu、Cu_9Al_4、AlCu_3四种金属间化合物,经500℃×2 h固溶处理后,界面扩散层厚度增加,形成Al_2Cu、AlCu、Al_2Cu_3、Cu_9Al_4、AlCu_3五种金属间化合物。水冷和空冷界面扩散层产生孔洞,炉冷孔洞基本消失,解释了孔洞形成原因及变化过程,孔洞等缺陷会削弱界面层的结合强度。铸轧复合板界面扩散层厚度小、硬度低;经固溶处理后,界面扩散层厚度和硬度均增加,并随冷却速度的减小,厚度和硬度进一步增加。剥离过程中,铸轧复合板靠近Al基体断裂,而经固溶处理后的复合板断裂在界面扩散层。随冷却速度的下降,裂纹扩展能力减弱,过厚的金属间化合物不利于复合板的结合。     

液固铸造4343/3003/4343铝合金复合锭的界面组织EI北大核心CSCD

采用液固铸造法制备4343/3003/4343铝合金复合锭,研究了复合锭的界面组织、元素分布和界面结合强度,分析了复合锭的界面结合机理。结果表明：在725-750℃浇注4343铝合金,复合锭的界面冶金结合良好,复合界面清晰平直。复合界面由Al-Si固溶体层和Si,Mn元素扩散层构成,Al-Si固溶体层厚薄均匀,Mn,Si元素的扩散距离分别为10μm和32μm,复合界面的结合强度高于3003铝合金的抗拉强度。液固铸造4343/3003/4343铝合金复合锭的界面复合机理为：4343铝合金熔体首先在3003铝合金锭表面急冷形成Al-Si固溶体,Al-Si固溶体中的Si和3003铝合金中的Mn相互扩散,形成牢固冶金结合的复合锭。     

冷拉拔铜包铝细丝的退火工艺与组织性能研究

研究了冷拉拔铜包铝细丝合理的退火工艺及其对材料力学性能、铜包覆层组织及界面扩散层厚度的影响规律.结果表明:铜包铝细丝的最佳退火工艺为300℃×60min.低于200℃退火时,铜包铝细丝铜包覆层处于回复阶段,细丝强度从冷拉态的361MPa急剧下降到236MPa,延伸率略有降低;300℃退火后,铜包覆层的再结晶完成,细丝的抗拉强度下降至约152MPa,延伸率升到最高,达到16.3%;400℃退火后,铜包覆层晶粒显著长大,界面处生成脆性金属间化合物,延伸率急剧下降.界面扩散层的厚度随退火温度和保温时间的增加而增大,当退火温度低于300℃时,扩散层厚度随退火时间增加缓慢;当退火温度高于350℃后,扩散层厚度快速增大.延伸率随扩散层厚度的增加先升高后降低,当界面扩散层厚度为2μm时,铜包铝细丝的延伸率最高.     

6061铝颗粒层增强7075铝基复合材料的微观结构及阻尼性能

采用热轧法制备出具有颗粒层状结构的6061p/7075铝基复合材料以改善7075铝合金的阻尼性能。通过OM、SEM、EDS和XRD分析6061p/7075层状铝基复合材料的微观组织,分别采用万能力学试验机和动态热机械分析仪分析其力学性能和阻尼行为。研究表明,6061铝颗粒层存在大量的颗粒间界面和微小孔隙,6061铝颗粒层与7075铝基体之间界面结合良好,没有发生界面反应;6061p/7075层状铝基复合材料最大抗拉强度为370.5 MPa,比7075铝基体提高了30%;6061p/7075层状铝基复合材料和基体材料的内耗值分别随着温度和应变量的升高而增大,复合材料的阻尼性能明显优于7075铝基体,在360℃时,复合材料的内耗值高达0.117,比7075铝基体提高了149%;6061p/7075层状铝基复合材料和基体材料的储能模量分别随着温度和应变量的升高而降低,在30℃时,复合材料的储能模量为38601 MPa,比7075铝基体高16%。      

耐锌蚀陶瓷防护层的制备与腐蚀机理初探

采用电弧喷涂法预先在Q235钢试样基体上喷涂FeCrAl粘结层,再利用等离子弧喷涂制备Al2O3陶瓷涂层,分析了陶瓷涂层在500℃静态锌液腐蚀试验中的腐蚀机制及影响因素.通过SEM和XRD分析可知,Al2O3陶瓷涂层与锌液为不互溶材料,起隔离基体与锌液、防止铁锌发生互扩散反应的作用.试验结果表明,等离子喷涂的Al2O3陶瓷涂层能极大地延缓Q235钢腐蚀失效的时间,耐液锌腐蚀性极好;陶瓷涂层的结合强度和涂层厚度是影响耐锌蚀性能的主要因素.     

铝镁异种金属复合挤压成形及界面微观组织

基于Deform 2D有限元模拟优化挤压工艺参数,在挤压速率2mm/s,挤压温度470℃下对铝镁双金属进行复合挤压实验,并采用扫描电镜(SEM)、显微硬度测试以及电子背散射衍射(EBSD)对复合挤压件界面结合层进行微观组织观察与分析。结果表明:在铝镁合金接触区反应生成了界面层,层内新的物相为靠近AZ31镁基体一侧的Al_(12)Mg_(17)以及靠近铝基体一侧的Al_3Mg_2。Al_3Mg_2相显微硬度值最高,平均值约为210HV,Al_(12)Mg_(17)相平均硬度约为170HV,因而界面区硬度高于两侧基体母材,形成典型的脆硬结合层,电子背散射衍射(EBSD)结果显示,Al_(12)Mg_(17)相的平均晶粒尺寸为30μm,Al_3Mg_2相的平均晶粒尺寸约为20μm,复合界面结合层区域晶粒取向各异,晶粒尺寸大小也不均匀,而复合外层纯铝基体取向区域均匀,新生成相在晶界上有部分再结晶发生。     

AlSi合金中间层对铝/镁扩散连接界面组织性能的影响

以Al-10Si合金粉末和纯Al粉混合(质量比为1∶1)粉末为中间层,在450℃下保温1 h,对工业纯铝和工业纯镁进行了扩散连接。采用扫描电子显微镜(SEM)、电子探针(EPMA)分析了界面区域的微观组织和元素分布。结果表明,在450℃下保温1 h,混合粉末与铝、镁两侧基体间发生元素扩散,形成梯度结构的反应层,反应层从铝侧向镁侧依次为Al_3Mg_2层(Ⅰ)、Al_(12)Mg_(17)层(Ⅱ)、富硅相层(Ⅲ)和Al_(12)Mg_(17)+δ-Mg(Ⅳ)共晶层。反应层总厚度约为520μm,且富硅相层的厚度大于其它3层。硬度测试结果显示,Al和Mg两侧基体的平均硬度(HV)分别为242和478 MPa,靠近Al侧的Al_3Mg_2化合物层硬度最高,硬度值为2520 MPa; Al_(12)Mg_(17)+δ-Mg共晶区域的平均硬度为2100 MPa,而富硅相层区域的平均硬度为1980 MPa。拉伸剪切试验结果显示,增加AlSi合金中间层后,Al/Mg异种金属扩散连接界面结合强度达到23 MPa;拉伸剪切断口XRD分析表明,断裂位置位于硬度值最高的Al_3Mg_2化合物层,拉伸断口呈现典型的脆性断裂特征。     

烧结温度对碳化钨/高强钢复合材料界面微观组织和元素扩散的影响

利用"冷压成型-真空烧结法"制备了碳化钨/高强钢复合材料。结合光学显微镜、扫描电镜和显微硬度计等分析测试技术对不同烧结温度下获得的复合材料以及界面的显微组织和硬度进行了分析。实验结果表明,烧结温度高于1 300℃时,碳化钨/高强钢复合界面存在明显的过渡层,且Fe、Co、Cr元素发生了明显的扩散,W元素在1 340℃时有微量扩散;随着烧结温度的升高,WC孔隙逐渐减少并趋于致密化;同时WC晶粒尺寸逐渐变大,且WC晶粒形状逐渐规则化。烧结温度为1 300和1 320℃时,WC晶粒尺寸均匀; WC的硬度随着烧结温度的升高而呈增大趋势,烧结温度为1 340℃时WC的硬度达到1 575 Hv_(0.1);在靠近结合界面处WC硬度明显高于碳化钨基体;在不同温度下,心部的高速钢材料硬度都在500 Hv_(0.1)左右。     

生物玻璃涂层性能的研究

本实验所用涂层为磷硅酸盐玻璃系统,涂层以Sol-gel工艺制得.对该工艺制得的涂层于不同温度(700℃、800℃、900℃)下烧成后的各项性能进行比较,对涂层断面进行分析,以确定不同烧成温度下涂层-基体的界面状态.结果表明800℃烧成的涂层具有最好的综合性能:晶型简单;表面虽有裂纹存在,但基体并未裸露,实现了有效涂层的目的;层间扩散明显,涂层-基体界面处有良好过渡;与基体的结合强度高(2层为10.50MPa,4层为7.11MPa);在模拟体液(SBF)中浸泡30天后表面有大量羟基磷灰石(HA)生成,表明其具有良好的生物活性.     

添加Co对碳化钨颗粒增强表层复合材料性能的影响EI北大核心CSCD

制备WC-Co表层增强复合材料,观测复合层的显微组织和基体中的生成相,研究了添加Co对碳化钨颗粒增强表层复合材料性能的影响。结果表明:Co的加入使复合层中的基体组织中产生了细小粒状珠光体和屈氏体,降低了材料的脆性倾向,提高材料整体性能。金属液浸入预制层后,沿基材至复合层表面方向,金属液的温度递减,热扩散作用小,增加复合层内部基体成分不均匀性。当基体中的W、C原子浓度升高,基体中析出η型Co_3W_3C碳化物。在复合层冷却至1200℃之前,基体能够与碳化钨颗粒发生界面反应生成Co_3W_3C碳化物,提高基体的硬度,从而提高复合材料的耐磨性。     

渗锌碳钢在天然海水中的腐蚀行为

碳钢渗锌后耐蚀性提高.采用固体粉末包埋对20碳钢进行热扩散粉末渗锌,测试了渗锌层的硬度、形貌、成分及其在20,40,60℃天然海水中的电化学腐蚀行为.结果表明:碳钢渗锌层的硬度在313.7～347.5 HV,厚度在77.1～81.2μm,属于第4等级;渗锌层与碳钢基体结合紧密;随渗锌层厚度增加,Fe含量逐渐降低,Zn含...     

Cu-Ag复合线材的扩散行为研究

研究了拉伸的Cu-Ag复合线材在不同温度的扩散条件下界面区域的微观组织和扩散行为。随着扩散温度的升高,Cu、Ag基体中发生再结晶及晶粒粗化,最终在两侧基体中出现部分孪晶。700℃扩散处理后基体中界面两侧开始出现扩散层,当温度达到800℃时,在Cu/Ag界面出现连续分布的富Cu的共晶扩散层。