粉末冶金制备SiC/6061Al复合材料的显微组织和力学性能研究

采用粉末冶金法制备了体积分数为35%的SiC_p/6061Al基复合材料,研究了复合材料的显微组织和基体与增强体颗粒界面对复合材料力学性能的影响。结果表明:SiC颗粒在基体中分布均匀,基体与增强体之间的界面结合情况较好,复合材料致密度高,抗拉强度较高。     

钢铁基复合材料的研究现状及发展前景

钢铁基复合材料由于具有低成本及优异的综合性能,逐渐成为复合材料开发的热点。简要阐述了钢铁基复合材料性能的影响因素,包括钢铁基体、增强体和复合界面三者的性质,归纳了目前钢铁基复合材料的主要制备方法,列举了颗粒增强钢铁基复合材料、钢铁基复合板以及纤维增强钢铁基复合材料的研究现状。最后,探讨了钢铁基复合材料的研究方向和应用前景,指出制备方法协同化、构型复杂化、用途多元化和高通量集成技术将在今后钢铁基复合材料的发展中扮演重要角色。     

SiC/Ti_3Al复合材料原位合成及其界面反应动力学研究

利用TC4,Al廉价材料,通过磁控溅射物理气相沉积技术制备SiC先驱丝,利用热等静压工艺,在温度1423 K,压力170 MPa条件下进行复合,反应时间为1 h,通过原位反应生成Ti3Al基体,从而制备SiC纤维增强Ti3Al基复合材料。通过扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)观察SiC纤维增强Ti3Al基复合材料基体与界面的微观组织形貌及界面元素分布,利用透射电镜(TEM)分析复合材料基体的物相结构,并对SiC纤维增强Ti3Al基复合材料的界面反应进行动力学分析。结果表明,利用TC4,Al制备的SiC先驱丝,通过原位反应可生成Ti3Al基体,属于六方晶系,组织为等轴晶,晶粒尺寸约为1μm。通过磁控溅射和热等静压工艺制备SiC纤维增强Ti3Al基复合材料,可缩短工艺流程,节约成本。根据SiC纤维增强Ti3Al基复合材料界面反应层生长动力学分析,得到界面反应层生长动力学方程:δ=2.73×10-6exp(-257.09×103/RT)t1/2,可准确预测连续碳化硅纤维增强Ti3Al基复合材料在制备和使用过程中界面反应层的生长规律,为其应用提供理论依据。     

粉末冶金法制备颗粒增强镁基复合材料的研究进展

概述了粉末冶金法制备颗粒增强镁基复合材料的研究进展, 介绍了颗粒增强镁基复合材料的常用基体和微米级、纳米级增强体。重点阐述了粉末冶金法制备颗粒增强镁基复合材料的工艺, 包括增强体预处理工艺、混合粉体成形工艺及烧结工艺。总结了粉末冶金制备工艺对复合材料组织与力学性能的影响规律, 包括增强体-基体界面结合情况的研究和颗粒增强体强化机制的探究。最后, 对粉末冶金法制备颗粒增强镁基复合材料的发展前景进行了展望, 并提出改进措施。     

SiC颗粒增强Al基复合材料的研究现状与进展

综述了SiC颗粒增强Al基复合材料的主要制备方法,总结出最常用的几种,包括:粉末冶金法、搅拌铸造法、浸渗法。重点论述了粉末冶金法的研究现状;归纳了SiCp/Al界面结构类型和界面反应,提出了控制有害界面反应的有效措施;分析了SiCp/Al复合材料主要的热处理强化机制,结合众多研究内容,提出了Al基复合材料微观组织和性能的影响因素以及SiC颗粒增强Al基复合材料研究进展中存在的问题。     

新技术与成果

本发明是一种铝基复合材料的制备方法,它利用现有铝合金常规熔炼设备,通过将搅拌铸造法和原位反应法相结合,使Al_2(SO4)_3分解反应生成Al_2O_3弥散增强铝基复合材料。该方法使外加增强体与基体界面     

陶瓷颗粒增强粉末冶金Fe-2Cu-0.6C复合材料的微观结构和力学性能

采用传统粉末冶金压制/烧结技术,经600 MPa压制、1140℃烧结制备了陶瓷颗粒增强（SiC、TiC及TiB₂陶瓷颗粒,质量分数0~1.6%）Fe-2Cu-0.6C低合金钢复合材料,对三种复合材料的微观结构和力学性能进行了研究。结果表明:在烧结过程中,SiC与TiB₂颗粒与基体发生反应,故而与基体界面结合良好;当添加质量分数为1.6%的SiC颗粒时,复合材料烧结后的布氏硬度与抗拉强度分别比基体提高了35.9%、69.4%;添加质量分数为1.2%的TiB₂颗粒时,复合材料相对密度比基体提高了5.3%,其烧结硬度、抗拉强度与基体相比分别提高了77.9%、72.6%;由于烧结过程中TiC颗粒不与基体发生反应,故而添加TiC颗粒对复合材料的布氏硬度、抗拉强度影响不大。     

内生颗粒增强镁基复合材料的研究现状

从基体、增强相的选择、制备方法及其原理、组织与性能和原位反应的机理4个不同方面。概述了内生颗粒增强镁基复合材料的研究进展。着重介绍了机械合金化法、混合盐反应法、自蔓延高温合成法、反应浸渗法、固液反应法和原位固态反应法等镁基复合材料的制备方法及其原理与特点。最后，提出了存在的问题与展望。     

TiC/NbC添加量对铁基复合材料显微组织及力学性能的影响

将不同添加量的TiC/NbC陶瓷颗粒(质量分数分别为50%、33.33%、25%、20%、16.67%)加入到铁基体中,采用放电等离子体烧结(SPS)技术制备了陶瓷颗粒增强铁基复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)以及能谱仪(EDS)对烧结试样的微观组织形貌进行表征,并对其相对密度和力学性能进行测试。结果表明,含16.67%TiC/NbC陶瓷颗粒的烧结试样相对密度最大,达96.78%,且拥有较高的维氏硬度和弯曲强度,分别为300 HV和400 MPa;试样断口表现出明显的脆性断裂特征。SPS快速烧结技术可使TiC/NbC陶瓷颗粒均匀分散在铁基体中,且增强体和铁基体界面结合良好。少量TiC/NbC陶瓷颗粒即可显著细化基体组织,增强铁基复合材料强度和硬度;随着TiC/NbC陶瓷颗粒含量的进一步增加,其对基体组织的细化作用减弱。     

高压扭转制备SiC_p/Al复合材料的断裂行为

为了研究大塑性变形对颗粒增强复合材料断裂行为的影响规律,在不同高压扭转工艺(high-pressure torsion,HPT)工艺参数下制备SiC_p/Al复合材料,测量试样真应力-应变曲线和观察试样的断口形貌,并分析SiC-Al界面的EDS谱。在分析各参数下材料断口形貌和界面原子扩散的基础上,讨论颗粒增强复合材料的断裂机理。研究发现:SiC_p/Al复合材料包含韧性断裂和脆性断裂2种性质的断裂,断口韧窝的大小和数量与材料的工艺参数有关;HPT变形可以有效改善SiC颗粒与Al基体的界面连接强度,提高该类材料的断裂性质。基体内气孔和颗粒与基体间孔隙的连接是金属基复合材料的主要断裂机制。     

高含量B_4C铝基复合材料在H_2SO_4溶液中的腐蚀行为

通过电化学分析与测试,研究B4C体积分数分别为20%、30%、40%的B4C/Al基复合材料及其基体合金(6061铝合金)在不同浓度及不同温度的硫酸溶液中的腐蚀行为。由动态极化曲线和阻抗谱得到相应的电化学参数,并利用阻抗分析软件对该复合材料和基体合金腐蚀过程的等效电路进行模拟,分析腐蚀机理,通过Arrhenius方程计算腐蚀过程中B4C/Al基复合材料与6061铝合金的反应活化能,并分析两者的焓变与熵变,对腐蚀前后2种材料界面的微观结构进行观察。结果表明:B4C/Al基复合材料在硫酸溶液中的腐蚀速率随B4C颗粒含量增加而增大,基体铝合金在硫酸中的耐腐蚀性能高于B4C/Al基复合材料。B4C/Al基复合材料和基体铝合金在硫酸中的腐蚀速率都随硫酸溶液浓度增加而增大;当溶液温度升高时,二者的腐蚀速率都快速增加。B4C/Al基复合材料和Al基体合金在硫酸溶液中的腐蚀都表现为明显的点蚀。铝基体材料在硫酸溶液中的反应活化能大于B4C/Al基复合材料,计算所得活化焓与活化熵的值均表明复合材料的腐蚀反应比基体合金更容易进行,因而遭受腐蚀更严重。     

原位纳米ZrB2颗粒增强AA7055铝基复合材料的微观组织与力学性能

通过Al-Zr-B原位反应体系成功制备了原位纳米ZrB₂颗粒增强AA7055铝基复合材料,研究了原位纳米ZrB₂颗粒对AA7055铝合金微观组织及力学性能的影响规律。研究结果表明：ZrB₂颗粒平均尺寸约为58.9 nm,在凝固过程中可以有效细化晶粒。当颗粒体积分数为2%时,复合材料的室温抗拉强度为620.2 MPa,屈服强度为585.4 MPa,伸长率为12.6%,与基体合金相比分别提升了18.7%,15.6%和38.5%。同时,其200℃下的高温抗拉强度为339.5 MPa,屈服强度为293.3 MPa,伸长率为20.2%,与基体合金相比,分别提升了36.2%,24.4%和43.3%。原位纳米ZrB₂/AA7055复合材料的室温力学性能与高温力学行能均得到显著提升。     

WC_p/2024铝合金复合材料界面反应的分析

采用真空热压法在不同温度下制备了体积分数为12%的WCp/2024Al复合材料,试验中所用WC原始粉末的平均粒径分别为2μm和8μm.利用XRD、SEM、EDS等方法对增强颗粒与基体金属之间的界面反应进行了研究.结果表明,界面反应的主要产物为WAl12,但是当制备温度较高时,界面反应产物中出现少量Al5W,并且WCp(2μm)/2024Al复合材料界面反应的起始温度低于WCp(8μm)/2024Al复合材料.硬度测试结果表明,界面反应发生后,复合材料的硬度提高,最高比例达50%.     

镀层对金刚石/玻璃复合材料性能的影响

为满足现代电子工业日益增长的散热需求,急需研究和开发新型高导热陶瓷（玻璃）基复合材料,而改善复合材料中增强相与基体的界面结合状况是提高复合材料热导率的重要途径.本文在对金刚石和镀Cr金刚石进行镀Cu和控制氧化的基础上,利用放电等离子烧结方法制备了不同的金刚石增强玻璃基复合材料,并观察了其微观形貌和界面结合状况,测定了复合材料的热导率.实验结果表明:复合材料中金刚石颗粒均匀分布于玻璃基体中,Cu/金刚石界面和Cr/Cu界面分别是两种复合材料中结合最弱的界面;复合材料的热导率随着金刚石体积分数的增加而增加;金刚石/玻璃复合材料的热导率随着镀Cu层厚度的增加而降低,由于镀Cr层实现了与金刚石的化学结合以及Cr在Cu层中的扩散,镀Cr金刚石/玻璃复合材料的热导率随着镀Cu层厚度的增加而增加.当金刚石粒径为100μm、体积分数为70%及镀Cu层厚度为约1.59μm时,复合材料的热导率最高达到约91.0 W·m-1·K-1.      

界面改性对SiCp/Cu复合材料力学性能的影响

研究了界面改性对SiC颗粒增强Cu基复合材料力学性能和断裂机制的影响。结果表明：经过SiC颗粒表面涂层处理后，可在复合材料中获得干净、紧密的界面结合。通过复合材料界面优化，可在基体和增强物之间有效传递载荷，减少了拉伸变形时的界面脱粘，从而提高了复合材料的屈服强度、抗拉强度和断裂延伸率。     

混料时间和挤压对SiC增强纯Al基复合材料显微组织和力学性能的影响

采用粉末冶金法制备SiC颗粒增强工业纯Al基复合材料,研究混料时间和挤压对复合材料显微组织和力学性能的影响。研究表明:机械混粉过程存在最佳的混料时间,混料时间为16 h时SiC颗粒分布均匀,复合材料的密度高、力学性能好。挤压可以改善复合材料的界面结合强度、减少孔洞的数量,从而提高材料的致密度和力学性能。烧结态复合材料的断裂机制以基体的脆性断裂以及增强相与基体的界面脱粘为主。挤压态复合材料的断裂以基体的韧性断裂以及SiC颗粒的脆性断裂为主,伴随着少量的基体与SiC颗粒的界面脱粘。     

TiC_p/Fe复合材料的界面反应

粉末冶金制备Ti C_p/Fe复合材料时易发生界面反应,对其性能产生影响。对制备的Ti C_p/Fe复合材料的显微组织、物相组成等进行测试,应用热力学原理对界面反应中的热力学过程进行分析,探明复合材料发生界面反应时的烧结温度和保温时间。结果表明:通过热力学计算,增强体Ti C和基体Fe的界面反应临界温度为1 270℃;实验中,当保温时间为2 h、烧结温度超过1 300℃时,或在1 300℃下保温时间超过2 h,增强体Ti C和基体Fe会发生界面反应;界面反应产生了呈针状的新物质(Ti_8C_5和Fe_2C),影响了增强体和基体的结合强度,导致了复合材料性能的下降。     

TiB_2含量对原位合成TiB_2/Fe基复合材料力学性能的影响

采用X射线衍射（XRD）、光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）及材料试验机等分析测试手段,研究了TiB2含量对原位合成TiB2/Fe基复合材料的微观结构及拉伸性能的影响。试验结果表明,增强相TiB2颗粒均匀分布于α-Fe基体中,对基体有显著的强化效果;随着TiB2含量的增加,复合材料抗拉和屈服强度也随之增加,而延伸率呈下降趋势。     

热压法制备高含量B_4C/铝基复合材料的显微结构与力学性能

采用低温真空热压法制备B4C质量分数为30%、平均粒度为23μm的B4C/Al基复合材料,热压温度控制在基体6061Al合金的固液相线之间。对B4C/Al复合材料进行显微结构分析和力学性能检测,结果表明:B4C/Al复合材料内无大尺寸的显微缺陷,组织分布较均匀、致密,界面结合较好;B4C/Al基复合材料的硬度比基体6061铝合金提高34.9%,断裂韧性是B4C增强颗粒断裂韧性的5.16倍,屈服强度比基体提高198.3%。利用Ramakrishnan提出的金属基复合材料屈服强度的分析模型,对30%B4C/Al复合材料的屈服强度进行计算,计算结果与实验结果基本符合。分析表明微米级B4C颗粒对6061Al合金的增强机制主要为载荷增强和位错增强。     

颗粒增强钛基复合材料的研究与发展

颗粒强化钛基复合材料研究是近年来材料科学研究的热点之一，研究内容包括制造方法、材料体系、界面反应、材料的组织与性能、工程应用等方面．根据合成时基体温度的高低，大致分为液相合成和固相合成两类．液相合成有熔铸法、XDw法、自左延高温合成法、喷射沉积法等，固相合成有粉末冶金法、机械合金化法等．颗粒强化钛基复合材料由颗粒增强体和钛基体组成．增强体的选择可以是高硬、难熔的碳化物、网化物、氧化物、氯化物，也可以是金属间化合物．目前用得是事的是Tie，将来更有前途的可能是Tin．基体的选择依据使用性能和制造方法来决…