高体积分数SiCp/Al复合材料超声辅助划切微观去除机理

目的 揭示高体积分数SiC_p/Al复合材料在超声辅助加工条件下的材料去除机理。方法 采用SiC_p/Al复合材料的超声辅助划切试验,探究划切参数变化对超声振幅、划切力及摩擦因数的影响规律,并通过扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜对划痕表面微观形貌进行观察,分析单点金刚石磨粒工具超声辅助划切材料去除的特点。结果 随着划切深度从0.01 mm增加到0.05 mm,电流值逐渐降低,电流值变化量从12 mA增加到25m A,超声振幅逐渐衰减,金刚石压头的轴向冲击作用减弱。划切深度和划切速度的增加使切向挤压切削作用增强,划切力和摩擦因数增大。在材料去除过程中,碳化硅颗粒存在破碎成小颗粒、剪切断裂破碎和拔出等多种去除形式,铝基体出现明显的塑性流动和涂覆现象,并形成切削沟槽外侧堆积。结论 当切削深度和进给速度较小时,材料去除主要是在轴向的高频振动冲击作用下完成,材料表面加工质量较好;当切削深度和进给速度逐渐增大时,材料去除是在轴向冲击破碎和切向挤压切削共同作用下完成,材料表面加工质量逐渐降低。     

单颗磨粒划擦SiCf/SiC陶瓷基复合材料的试验研究

为研究SiC纤维(SiC_f)增强SiC陶瓷基复合材料(SiC_f/SiC)的磨削损伤机理,搭建试验平台开展单颗磨粒划擦试验,测量划擦力并观察其表面损伤形式,研究磨粒形状、划痕深度和SiC_f取向对复合材料磨削机理的影响。试验结果表明:SiC_f/SiC陶瓷基复合材料的划擦损伤形式主要有基体崩碎、纤维裂纹、断裂和拔出等。在SiC_f/SiC陶瓷基复合材料划擦过程中,尖锐状磨粒的划擦力更小,且整条划痕的表面损伤范围较扁平状磨粒的小。用扁平状磨粒划擦但纤维取向γ= 0°时,划痕形貌中纤维断裂、纤维拔出等损伤形式出现较少。      

高体积分数SiCp/Al复合材料平面磨削实验研究

本文使用SiC砂轮和金刚石砂轮对颗粒尺寸大、体积分数高的SiCp/Al复合材料进行了平面磨削实验,研究了磨削深度和工件进给速度对磨削力的影响,并利用扫描电镜对已加工表面形貌进行了研究.结果表明:使用SiC砂轮加工时,磨削力随磨削深度的增加而增大;工件进给速度较低时,磨削力随工件进给速度增加而减小,当工件进给速度超过12...     

SiCp/Al复合材料脉冲激光焊接研究

研究了SiCp/Al复合材料的脉冲激光焊接。重点讨论了激光光强，脉冲作用时间及激光束聚焦位置等参数对焊缝熔深和宽度的影响；讨论了其界面反应对焊接接头力学性能的影响。研究结果表明，SiCp/Al复合材料的激光焊接区存在着3个组织性能明显不同的区域。     

SiCp/Al复合材料化学镀镍耐蚀性研究

利用交流阻抗技术和极化曲线,研究了SiCp/Al复合材料基体上高磷(w(P)=10.698%)和中磷(w(P)=6.056%)两种化学镀镍层在w(NaCl)=3.5%的NaCl溶液中的腐蚀行为,并通过扫描电子显微镜观察了镀层的腐蚀形貌。结果表明,在w(NaCl)=3.5%NaCl溶液中,以饱和甘汞电极为参比电极,高磷镀层自腐蚀电位为-0.641 V,电荷转移电阻为12.49Ω;中磷镀层自腐蚀电位为-0.879 V,电荷转移电阻为8.11Ω;高磷镀层的耐蚀性优于中磷镀层;两种镀层发生了不同程度的孔蚀。结合正交试验结果及有关文献,确定了SiCp/Al复合材料高磷化学镀镍工艺,并提出了改善镀层耐蚀性的几种途径。     

SiCp/Al复合材料磨削加工去除机理的有限元分析

本文建立了SiCp/Al复合材料的二维实体模型,基于压痕断裂力学的方法,研究了压痕深度的变化对SiCp/Al复合材料磨削加工去除机理的影响。结果表明:随着压痕深度的增加,压头下方SiC颗粒的第一主应力逐渐变大,Al基体的von Mises等效应力也逐渐变大。当压痕深度大于等于0.15μm时,压头下方会形成塑形变形区;压痕深度大于等于0.292μm时,SiC颗粒会由于拉应力的作用而产生径向裂纹;当压痕深度超过0.34μm时,Al基体由于局部被压溃而影响SiCp/Al复合材料延性去除机理。     

不同SiCp预处理的SiCp/Al复合材料界面特征及耐蚀性

采用无压渗透法制备了经不同SiCp表面预处理的SiCp/Al复合材料,研究了SiC颗粒表面预处理对SiCp/Al复合材料界面特征及其腐蚀行为的影响。结果表明,高温氧化处理使SiC颗粒边界钝化,颗粒表面形成均匀SiO2氧化膜,复合材料界面结合良好,而未表面处理和酸洗的复合材料界面孔隙多,界面结合较差。经高温氧化SiC颗粒表面预处理的SiCp/Al复合材料耐腐蚀性能最好,酸洗次之,未表面处理最差。高温氧化处理形成的SiO2氧化膜对SiC颗粒起着保护作用,抑制了SiCp/Al界面Al4C3相形成,对复合材料耐腐蚀性能有利。     

单颗磨粒切削TC4钛合金过程摩擦行为仿真与研究

通过有限元仿真软件研究了单颗磨粒在切削TC4钛合金过程中的摩擦行为及其对抛光加工的影响。利用Abaqus软件建立了单颗磨粒切削TC4钛合金过程中材料的塑性变形模型,并应用迭代自适应网格重划分技术,准确模拟了不同摩擦系数下单颗磨粒切削TC4钛合金表面时的接触应力分布和塑性变形,为优化TC4钛合金叶片抛光工艺提供了理论依据。研究表明,摩擦系数对切削深度和材料堆积率有影响,特别是在磨粒切出阶段,摩擦系数的增加会显著促进材料在磨粒前端和两侧的堆积,故在实际抛光加工中应合理控制摩擦系数。     

单颗CBN磨粒高速磨削过程的仿真研究

为研究单颗CBN磨粒高速/超高速磨削的微观机理,以随机形状CBN磨粒为模型,采用Lagrange/Euler流固耦合方法,仿真分析不同工艺参数下的CBN磨粒磨削SHK-9高速钢的过程。结果表明:CBN磨粒（124~150μm）在切削深度a_p 20 μm、30 μm,切削速度120m/s时,切向磨削力达到最大,但在a_p 40 μm切削深度下反而最小。随着CBN磨料粒度尺寸变小,磨削力下降明显,磨粒可以在工件表面形成更为窄密的耕犁沟痕,配合适当的磨削深度有助于提高表面磨削质量。      

真空变压力浸渗法制备高体积分数SiCp/Al复合材料

采用真空变压力浸渗法制备高体积分数SiCp/Al复合材料。结果表明,真空变压力浸渗法具有良好的渗流和凝固条件,避免了气体和夹杂物的裹入等问题;在压力为0.6 MPa、保压时间为15 min和温度为1 073 K的条件下,成功渗透了振实堆积的单一尺寸SiCp多孔体的最小粒径为17μm;而32μm的SiCp多孔体浸渗后的复合材料中SiCp体积分数达到了60%。在0.4~0.6 MPa和1 073 K的条件下浸渗15 min,可渗透的最小SiCp粒径达到了10μm,其体积分数为56%。经OM、SEM、XRD分析表明,铝液渗透均匀,内部组织致密,无明显的孔洞及夹杂等铸造缺陷,界面无脆性Al4C3相生成。     

SiCP／Al复合材料的显微结构分析

采用粉末冶金＋热挤压工艺制备SiCp/Al复合材料，测定其力学性能。利用X射线衍射分析复合材料物相的组成，用金相显微镜、扫描电镜和透射电镜分析其微观组织结构。结果表明，SiC颗粒在铝基体中分布比较均匀，SiC颗粒与基体结合良好；基体主要是α-Al，强化相β-Mg2Si和弥散相（Fe，Mn，Cu）3Si2Al15（体心立方结构，晶格常数1．28nm）；SiCp／Al界面则为Al和Mg元素扩散到SiC表面的SiO2层形成的20nm-30nm无定形层；复合材料的断裂机制主要是SiC颗粒断裂和SiCp／Al界面塑性撕裂：复合材料在变形过程中，SiC颗粒可阻止裂纹的扩展。     

Finite element and experimental studies of the formation mechanism of edge defects during machining of SiCp/Al composites

In this paper, a multi-particle microfinite element model with a random particle distribution in SiCp/Al composites was developed using ABAQUS software. The formation mechanism of edge defects near the exit of orthogonal cutting was analyzed, and the effects of cutting parameters on the sizes of edge defects were investigated. The results indicate that both the brittle fracture of SiC particles and the plastic flow of Al matrix occur in the process of the edge defects formation. Additionally, the cutting speed has little effect on the sizes of edge defects but the cutting depth has a significant effect on the height and length of edge defects. The numerical results were also compared to the orthogonal cutting experimental data and found to be in reasonable agreement.     

煅烧温度对高体积分数SiC_p/Al复合材料性能的影响

以F220、F500、F600这3种粒度的磨料级绿SiC混合粉为原料制成预制件,然后将其分别在500、1 100和1 200℃煅烧后无压熔渗液态铝合金制备SiC体积分数为62%~64%的铝基复合材料SiCp/Al;研究预制件煅烧温度对SiCp/Al复合材料结构和性能的影响。结果表明:不同温度下煅烧的SiC预制件渗铝后,都能获得结构均匀致密的复合材料;高温煅烧使SiC颗粒氧化形成骨架,导致强度从305 MPa降至285~245 MPa;SiC颗粒表面氧化转变成的SiO2薄膜增加复合材料中的陶瓷含量,使复合材料的热膨胀系数进一步降低;当SiC预制件中SiO2薄膜质量分数达到3.7%~6.7%时,SiCp/Al复合材料界面热阻增大4~6倍,复合材料热导率从184 W/(m.℃)降至139~127 W/(m.℃)。     

铸造法制备SiCp/Al复合材料的研究现状

本文综述了铸造法(搅拌铸造法、挤压铸造法、离心铸造法)制备SiCp/Al复合材料的研究现状,指出了铸造法中存在的主要问题以及今后的研究方向.     

SiCp/Al复合材料在Cl~-作用下初期腐蚀行为

通过室内浸泡模拟实验方法,采用扫描Kelvin探针技术研究了SiCp/Al复合材料在Cl~-介质下初期腐蚀行为。结果表明,SiC颗粒与Al基体界面结合处是复合材料在Cl~-介质下初期腐蚀的优先发生位置,Cl~-和界面相是促进初期腐蚀发展的主要原因。随腐蚀的不断进行,复合材料先形成钝化膜,表面电位先整体正移,后钝化膜破损,表面电位整体负向移动。复合材料初期腐蚀过程表现为其钝化膜形成和逐渐破损的腐蚀特征,腐蚀产物主要为Al(OH)_3、Al_2O_3和AlCl_3。