SiC_P/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SiCP体积分数分别为2%、5%、10%和15%的4种5μm SiCP/镁合金(AZ91)复合材料。对5μm SiCP/AZ91进行了固溶、锻造和热挤压。通过与AZ91对比,研究了SiCP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:SiCP/AZ91热变形后的晶粒尺寸取决于SiCP的体积分数。SiCP的体积分数由0%增加到10%时,SiCP/AZ91热变形后的平均晶粒尺寸减小;当SiCP颗粒继续增加到体积分数为15%时,平均晶粒尺寸反而增大。SiCP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。SiCP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。     

挤压包覆轧制对SiCP增强镁合金(AZ91)复合板显微组织和力学性能的影响

通过热挤压复合的方式将AZ91合金引入至SiC_P增强镁合金（AZ91）（SiC_P/AZ91）复合材料中,制备出厚度为2 mm的AZ91-（SiC_P/AZ91）复合板,研究了热轧对其显微组织和力学性能的影响规律。研究结果表明:AZ91的引入显著提高了SiC_P/AZ91的轧制成形能力。与AZ91层相比,SiC_P/AZ91层内晶粒尺寸小,硬度高。随轧制压下量的增加,AZ91-（SiC_P/AZ91）复合板晶粒尺寸变大,析出相数量减少且尺寸增大,导致硬度呈现下降的趋势。与挤压态AZ91-（SiC_P/AZ91）复合板相比,当压下量为50%时,轧制态AZ91-（SiC_P/AZ91）复合板屈服强度由272 MPa提高至341 MPa,抗拉强度由353 MPa提高至404 MPa。在拉伸过程中,因SiC_P与基体界面脱黏导致裂纹优先在SiC_P/AZ91层内萌生和扩展,AZ91层对微裂纹扩展具有一定的阻碍作用。      

(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。     

SiCP添加量对AZ91D镁合金表面纳米环保复合沉积层的影响

为进一步扩大镁合金的应用范围，环境友好地提高其耐蚀、耐磨性，以AZ91D镁合金为基体，采用无铬、无氟，直接化学沉积方法在其表面制备了Ni-P-纳米SiC_P复合沉积层。通过SEM,EDS,XRD,硬度计，电化学工作站等方法，研究纳米SiC_P添加量对沉积层形貌、成分、物相及性能的影响规律。结果表明：随着SiC_P添加量的增加，沉积层表面颗粒的沉积量先增加后减少，胞状组织尺寸逐渐减小后增大，硬度先增大后减小，耐蚀性先提高后降低。当SiC_P添加量为1.2 g/L时，颗粒的沉积量最大，弥散强化及细晶强化效果最好，沉积层均匀、致密，厚度约为36μm,与基体间结合良好。沉积层硬度达682HV,较镁合金基体明显提高；腐蚀电位为-0.397 V,较镁合金基体提高了75%。沉积层的腐蚀电流密度为6.18×10^-7 A·cm^-2,较镁合金基体降低了约4个数量级。     

基于同步辐射X射线的SiC颗粒/Al复合材料变形损伤

通过原位X射线成像系统研究了两种SiC粒径配比（45 μm和（45+100）μm）对70vol% SiC颗粒（SiC_P）/Al复合材料变形损伤行为的影响。在准静态压缩加载下,利用X射线数字图像相关方法（XDIC）计算了SiC_p/Al复合材料在不同变形阶段的应变场分布。宏观应力-应变曲线表明,因颗粒尺寸引起的SiC_p/Al复合材料的强度差异较小,但粒径配比为45 μm的SiC_P/Al的延展性明显优于（100+45）μm的SiC_P/Al。细观应变场分析表明,粒径配比为（100+45）μm的SiC_P/Al比45 μm的SiC_P/Al更早出现变形损伤带,且前者在变形后期其应变场不均匀性更高。这是由于（100+45）μm SiC_P/Al中更早在大颗粒附近出现应变集中点,而且这些集中点会迅速长大和汇聚进而形成宏观裂纹,导致材料更早失效和破坏。因此,减小颗粒尺寸和促进颗粒均匀分布有利于提高颗粒增强金属基复合材料的延展性。断口回收分析表明:两种颗粒尺寸的SiC_P/Al复合材料的断裂模式都属于脆性断裂,且断口中都发现有颗粒破坏和界面脱粘现象存在。      

搅拌铸造法制备短碳纤维/AZ91复合材料的组织与性能

采用搅拌铸造法制备了不同体积分数（10vol%、15vol%、20vol%）的短碳纤维增强镁基（CF_s/AZ91）复合材料,并选取了三个挤压比和两个挤压温度对其进行热挤压变形,采用光学显微镜（OM）、SEM和TEM对CF_s/AZ91复合材料的显微组织进行了观察,并测试其室温力学性能及阻尼性能。研究结果表明,热挤压能够有效降低CF_s/AZ91复合材料气孔率;在热挤压过程中,纤维沿挤压方向定向排列,同时基体发生动态再结晶。随着挤压温度及挤压比的增大,晶粒呈现等轴状,组织更加均匀。CF_s/AZ91复合材料经过挤压后,其力学性能得到提高,屈服强度和抗拉强度随挤压比和CF_s体积分数的增大而增大,然而CF_s纤维在热挤压后发生明显断裂,限制了挤压态复合材料强度的进一步提升。低温低挤压比条件下,CF_s/AZ91复合材料具有较好的阻尼性能,随着挤压比及挤压温度的升高,CF_s/AZ91复合材料室温及高温阻尼性能均有所降低。      

放电等离子体烧结制备Mg85Zn6Y9颗粒增强Mg-9Al-1Zn复合材料组织与力学性能

采用高能球磨法和放电等离子体烧结（SPS）技术,以包含100%长周期堆垛有序结构（LPSO）相Mg₈₅Zn₆Y₉镁合金为原料,通过将其球磨成纳米晶颗粒后与Mg-9Al-1Zn（AZ91）镁合金雾化颗粒进行机械混合,并在350℃烧结温度下成功制备出不同质量分数（0~30wt%）的LPSO相Mg₈₅Zn₆Y₉颗粒增强AZ91复合材料（Mg₈₅Zn₆Y₉/AZ91）。采用光学显微镜（OM）、SEM及TEM对Mg₈₅Zn₆Y₉/AZ91复合材料的微观组织结构进行表征;采用XRD分析其固溶处理前后的相转变;与此同时对复合材料进行显微硬度与压缩试验,综合研究其微观组织与力学性能的关系。相关结果表明,Mg₈₅Zn₆Y₉颗粒经3 h高能球磨后颗粒尺寸显著减小,硬度随晶粒细化而提升。Mg₈₅Zn₆Y₉增强颗粒主要分布在AZ91基体颗粒边界处,随着Mg₈₅Zn₆Y₉质量分数的增加,增强相颗粒有相互结合成连续网格状趋势。增强颗粒与基体界面处未见明显过渡层,基体界面处的β相经400℃×24 h固溶处理后进入基体,部分增强颗粒亦转变为Mg相。本实验条件下制备的最佳性能的20wt% Mg₈₅Zn₆Y₉/AZ91复合材料经固溶处理后的室温屈服强度从200 MPa转变为230 MPa,屈服强度均较未添加Mg₈₅Zn₆Y₉的AZ91镁合金有较大的提高。     

碳纳米管-Ti3AlC2/AZ91D复合材料的微观组织及力学性能

采用化学镀铜的方法对增强相碳纳米管(CNTs)和Ti₃AlC₂进行表面改性,热压烧结制备了CNTs-Ti₃AlC₂/AZ91D复合材料,研究了其微观组织和力学性能的变化及增强机制。结果表明:CNTs-Ti₃AlC₂/AZ91D复合材料内部主要物相为CNTs、Ti₃AlC₂、Mg和Al₁₂Mg₁₇,增强相均匀分布在基体内,在增强相与基体的界面处存在U相(MgAlCu),使二者界面结合良好。当增强相CNTs 和Ti₃AlC₂含量分别为1wt%和25wt%时,较镁合金AZ91D,CNTs-Ti₃AlC₂/AZ91D复合材料的弹性模量、拉伸强度、屈服强度和延伸率分别提高了120.30%、25.72%、126.50%和36.84%,弯曲强度和压缩强度分别为337.92 MPa和436.27 MPa。CNTs-Ti₃AlC₂/AZ91D复合材料的断裂方式表现为脆性断裂,其强化机制主要为热配错强化、Orowan强化和细晶强化机制。      

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%。      

SiCP/Al复合材料力学性能及显微结构分析

采用粉末冶金 热挤压法制备了10%SiCP/6066Al(体积分数)复合材料.对材料拉伸性能进行了研究,并利用金相显微镜、扫描电镜和透射电镜对微观组织结构进行了观测.实验结果表明:SiC颗粒在铝基体中分布比较均匀;T6热处理条件下10%SiCp/6066Al复合材料的抗拉强度和屈服强度分别约为430.5、354.1MPa,其延伸率为5%,弹性模量为84.5GPa.加入SiC颗粒后合金基体晶粒细化同时位错密度提高,位错强化和细晶强化在SiCP/Al复合材料的强化机制中起了主要作用.     

挤压复合AZ91-(SiC_(P)/AZ91)复合板材显微组织和力学性能EI北大核心

在300,350,400℃下成功通过挤压复合法制备多层AZ91-(SiC_(P)/AZ91)复合板,探究AZ91-(SiC_(P)/AZ91)复合板中SiC_(P)/AZ91复合材料层和AZ91层的显微组织演变、界面的演化机制和力学性能变化规律。结果表明:热挤压复合中,AZ91-(SiC_(P)/AZ91)多层复合板中合金层发生完全动态再结晶,晶粒细化,合金组织随挤压温度的升高更均匀,而且外层合金层比内层合金层晶粒尺寸略大;SiC_(P)/AZ91复合材料层同样发生完全动态再结晶,晶粒尺寸小于合金层,随着挤压温度的升高,SiC_(P)的分布更加均匀;不同挤压温度下AZ91-(SiC_(P)/AZ91)复合板合金层与复合材料层界面均未出现明显的分层以及开裂现象;AZ91-(SiC_(P)/AZ91)复合板的室温力学强度位于AZ91合金与SiC_(P)/AZ91复合材料之间,SiC_(P)/AZ91层中SiC_(P)与基体界面脱粘是导致复合板材失效的主要原因。     

Microstructure and strengthening mechanism of bimodal size particle reinforced magnesium matrix composite

One kind of (submicron + micron) bimodal size SiCp/AZ91 composite was fabricated by the stir casting technology. After hot deformation process, the influence of bimodal size particles on microstructures and mechanical properties of AZ91 matrix was investigated by comparing with monolithic A91 alloy, submicron SiCp/AZ91 and micron SiCp/AZ91 composites. The results show that micron particles can stimulate dynamic recrystallized nucleation, while submicron particles may pin grain boundaries during the hot deformation process, which results in a significant grain refinement of AZ91 matrix. Compared to submicron particles, micron particles are more conducive to grain refinement through stimulating the dynamic recrystallized nucleation. Besides, the yield strength of bimodal size SiCp/AZ91 composite is higher than that of single-size particle reinforced composites. Among the strengthening mechanisms of bimodal size particle reinforced composite, it is found that grain refinement and dislocation strengthening mechanism play a larger role on improving the yield strength.     

Fabrication of SiC particles-reinforced magnesium matrix composite by ultrasonic vibration

Magnesium matrix composites reinforced with two volume fractions (1 and 3%) of SiC particles (1 μm) were successfully fabricated by ultrasonic vibration. Compared with as-cast AZ91 alloy, with the addition of the SiC particles grain size of matrix decreased, while most of the phase Mg₁₇Al₁₂ varied from coarse plates to lamellar precipitates in the SiCp/AZ91 composites. With increasing volume fraction of the SiC particles, grains of matrix in the SiCp/AZ91 composites were gradually refined. The SiC particles were located mainly at grain boundaries in both 1 vol% SiCp/AZ91 composite and 3 vol% SiCp/AZ91 composite. SiC particles inside the particle clusters may be still separated by magnesium. The study of the interface between the SiC particle and the alloy matrix suggested that SiC particles bonded well with the alloy matrix without interfacial reaction. The ultimate tensile strength, yield strength, and elongation to fracture of the SiCp/AZ91 composites were simultaneously improved compared with that of the as-cast AZ91 alloy.     

短切碳纤维/AZ91D镁合金复合材料高温变形动态再结晶行为

在变形温度为340~400℃、应变速率为0.001~0.1 s^-1、最大真应变为0.7的条件下,采用等温压缩实验研究了短切碳纤维（CF_s）/AZ91D复合材料和AZ91D镁合金的动态再结晶行为。结果表明：CF_s/AZ91D复合材料和AZ91D镁合金在高温压缩过程中均发生了显著的动态再结晶;CF_s极大地促进了AZ91D基体的动态再结晶过程,减小了动态再结晶临界应变并细化了再结晶晶粒组织;AZ91D镁合金动态再结晶体积分数随应变量增加表现为典型的"S"型变化曲线,而CF_s/AZ91D复合材料则呈现出快速增长-缓慢增长-趋于平稳的非线性变化规律。根据实验结果分别建立了CF_s/AZ91D复合材料和AZ91D镁合金的动态再结晶临界应变模型和动力学模型,在此基础上分析了二者高温变形动态再结晶行为的差异。     

石墨烯纳米片/AZ91镁基复合材料的显微组织与力学性能

采用铸造工艺制备了石墨烯纳米片(GNPs)增强的AZ91镁基复合材料,测试了复合材料的力学性能,并利用光学显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜、扫描电子显微镜和能谱仪对复合材料的微观组织、界面结合和断口形貌进行了表征和分析,讨论了复合材料的强化机理。结果表明:石墨烯纳米片可有效细化镁基体的晶粒组织,在添加少量石墨烯纳米片时(0.1%),复合材料的屈服强度、延伸率和显微硬度分别为(164±5)MPa、(7.7±0.1)%和(74.2±2)HV,比基体分别提高了37.8%、13.2%和24.7%。GNPs与镁基体形成了强界面结合,这更有利于发挥应力转移强化、细晶强化等作用,提高镁合金强度、塑性等力学性能。     

等通道角变形对搅拌铸造SiC_P/AZ91复合材料显微组织与室温性能的影响

采用搅拌铸造法成功制备了SiC_P/Mg(AZ91)复合材料并对铸态复合材料进行了等通道角挤压变形(Equal channel angular pressing,ECAP)。结果表明,搅拌铸造态SiC_P/AZ91复合材料的基体组织致密,颗粒与基体结合良好,没有出现宏观团聚;SiC_P大部分聚集在晶界附近区域并呈"项链状"分布。ECAP变形可以有效地消除铸态SiC_P/AZ91复合材料中的SiC_P"项链状"分布,并且随着ECAP道次的增加,SiC_P分布更加均匀;在ECAP过程中,SiC_P发生了一定断裂但并不明显。SiC_P/AZ91复合材料基体晶粒随着变形道次的提高而逐渐细化。基体晶粒细化以及SiC_P分布均匀化是SiC_P/AZ91复合材料屈服强度和抗拉强度随着道次提升而逐渐增加的主要原因。