纳米SiC颗粒增强铝基复合材料制备工艺研究

本文介绍纳米复合材料的发展现状,重点介绍几种固态法制备纳米SiC颗粒增强铝基复合材料的工艺.分析铝基复合材料的显微组织,综合评价纳米SiC颗粒增强铝基复合材料制备工艺中存在的几个重要问题,并提出解决方案.在展望其应用前景基础上,指出制备技术未来的发展方向.     

20vol%体积分数纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料的高温压缩性能

为提高铝基材料的高温力学性能以满足其在573 K以上用于航空航天装备结构件的性能需求,采用高能球磨结合真空热压烧结工艺制备了体积分数高达20vol%的纳米Al₂O₃颗粒(146 nm)增强铝基复合材料,对其微观结构和高温压缩性能进行了研究。结果表明：纳米Al₂O₃颗粒均匀分散于超细晶铝基体中,且复合材料完全致密;该复合材料具有优异的高温压缩性能：应变速率为0.001/s时,473 K时压缩强度高达380 MPa,即使673 K时依然高达250 MPa,比其他传统铝基材料提高至少1倍;通过对其流变应力进行基于热激活的本构模型拟合可以发现,该复合材料具有高的应力指数(30)和表观激活能(204.02 kJ/mol)。这是由于高体积分数纳米颗粒能够有效钉扎晶界,并与铝基体形成热稳定的界面结合,显著提高复合材料的组织热稳定性,而且在变形过程中与晶界有效阻碍位错运动,显著提高复合材料的热变形门槛应力(在473～673 K时为190.6～328.4 MPa),其热变形过程可以由亚结构不变模型进行解释。     

原位合成TiB2颗粒增强铝基复合材料研究进展

原位合成技术制备的铝基复合材料,权衡了强度和塑性间的矛盾,有望实现铝基复合材料的结构功能一体化。原位合成TiB₂颗粒增强铝基复合材料比刚度,比模量高,具有优异的力学性能、耐腐蚀性能、耐磨性能和抗疲劳性能,是近年来金属基复合材料的研究热点之一,在汽车制造、高铁动车、航空航天和国防军事等领域具有广阔的应用前景。归纳了三种原位合成TiB₂颗粒增强铝基复合材料反应体系(Al-K₂TiF₆-KBF₄体系、Al-TiO₂-B₂O₃体系和Al-Ti-B体系)的特点和优势,概述了原位合成TiB₂颗粒对铝基体晶粒尺寸、界面结合和润湿性产生影响的研究现状,对TiB₂颗粒强化铝复合材料力学性能的作用机制展开了讨论,梳理总结现阶段在此领域研究过程中仍未解决的问题,展望TiB₂颗粒增强铝基复合材料的潜在发展空间,以期为研究和开发原位合成颗粒增强铝基复合材料提供参考。     

大塑性变形制备铝、镁基颗粒增强复合材料的研究进展

综述了目前大塑性变形(SPD)制备铝、镁基颗粒增强复合材料工艺的研究进展;总结了在SPD过程中复合材料增强颗粒的细化、再分布及基体合金晶粒的超细化等组织演变特点;分析了经SPD加工后铝、镁基颗粒增强复合材料的强韧化机制以及其力学性能的提升空间。最后指出了SPD制备颗粒增强复合材料尚存在的问题及可能的发展方向。     

喷射沉积颗粒增强铝基复合材料显微组织调控与强韧化机制的研究现状

喷射沉积颗粒增强铝基复合材料有着广阔的应用前景,但是因成形困难、强韧性低而使得应用受到限制,制备时控制热变形过程中的动态再结晶行为和揭示强韧化机制是关键。本文综述了喷射沉积铝基复合材料的冶金结合情况,分析了导致强韧性降低的因素,认为通过旋球同步微变形能抑制沉积颗粒表面的氧化,使增强颗粒与基体结合紧密,并通过冶金结合调控增强颗粒的分布,优化材料的组织,实现梯度材料的制备;同时通过选择不同的增强颗粒得到不同的增强效果,针对性地提高强度、耐磨性等性能;通过显微组织调控(如层状结构、网状结构等)实现构型强韧化。本文还展望了喷射沉积铝基复合材料的发展趋势,认为系统研究增强颗粒、组织构型和颗粒增强复合材料强韧性机制是进一步提升颗粒增强铝基复合材料综合性能的关键问题。     

喷射沉积铝基复合材料再结晶控制与强韧化机制的研究现状

喷射沉积颗粒增强铝基复合材料应用前景广阔,但因成形困难、强韧性低而受限,控制热变形过程中的动态再结晶行为和揭示强韧化机制是关键。综述了喷射沉积铝基复合材料致密化技术的分类与发展;概述了铝基复合材料在变形过程中的回复与再结晶;论述了喷射沉积铝基复合材料力学性能的影响因素,分析了导致强韧性降低的因素。展望了喷射沉积铝基复合材料的发展趋势,对铝基体动态再结晶行为的影响因素、颗粒增强铝基复合材料强韧性的影响机制及复杂微观组织下材料的强韧化机制、完善与发展喷射沉积材料的致密工艺和机理进行了探讨,并提出了提高材料力学性能和强韧性的措施。     

纳米SiC颗粒增强铝基复合材料制备工艺进展

介绍了纳米SiC颗粒增强铝基复合材料的发展现状,重点介绍和评述了国内外几种制备工艺的研究现状和应用,分析了纳米SiC颗粒增强铝基复合材料的微观结构,指出了纳米SiC颗粒增强铝基复合材料研究中存在的几个重要问题,展望了其未来的发展趋势.     

原位生成TiBw/Ti复合材料的微观组织及高温压缩变形过程的演化规律

用粉末冶金原位合成法制备了TiB晶须增强钛基复台材料。利用扫描电镜和X射线衍射方法对经挤压变形后复合材料的微观结构进行了分析。在复合材料中观察到反应生成的TiB晶须。复合材料经过热挤压变形后,TiB晶须沿挤压方向定向排列。对挤压态TiBw／Ti复合材料进行高温压缩变形,TiB晶须在热压缩变形过程中发生转动或折断现象，变形温度越低，晶须折断现象越严重。     

原位纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料的制备与微结构研究

开发了新型反应体系,以硼砂( Na2B4O7·10H2O)和K2ZrF6粉剂为原料采用熔体直接反应法,在铝熔体中成功制备了原位纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料.借助于扫描电镜( SEM)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等测试方法,对复合材料的相组成和微观组织进行了分析,结果表明反应生成了纳米级γ-Al2O3...     

颗粒增强铝基通讯复合材料研究进展

介绍了颗粒增强铝基复合材料的增强机理,综述了颗粒增强铝基复合材料的制备工艺。制备工艺按颗粒的加入方式分为强制加入法和原位反应法。强制加入法包括粉末冶金法、铸造法、喷射沉积法、熔渗法;原位生成法包括自蔓延高温合成法、原位热压放热反应合成法、放热弥散技术、反应自发浸渗技术等工艺。对各工艺做了详细的介绍,指出了未来的发展方向。     

Internal microstructure evolution of aluminum foams under compression

In this paper, the internal microstructure deformation of open-cell and closed-cell aluminum foams under compression was investigated by using synchrotron radiation X-ray computed tomography (SR-CT) technique and digital image analysis method. The reconstructed images were obtained by using filtered back projection algorithm based on the original images taken from SR-CT experiments. Several important parameters including cross-section porosity, total porosity and cross-section deformation were computed from the reconstructed images. The variation of these parameters provided useful evolution information of internal microstructure of aluminum foams under compression.     

非连续增强金属基复合材料剧烈塑性变形行为研究进展

综述了非连续增强金属基复合材料剧烈塑性变形(SPD)行为的研究进展,系统阐述了等径弯曲通道变形(ECAP)、高压扭转(HPT)、多向锻造(MF)、累积叠轧(ARB)和循环挤压压缩(CEC)5种SPD的加工原理和方法。集中介绍了这些方法在铝基、镁基、铜基和钛基等金属基复合材料方面应用的研究进展。重点介绍了金属基复合材料SPD的微观组织演化和变形力学行为,详细阐明了金属基复合材料SPD机制以及超细晶形成机理,指出了金属基复合材料在SPD中存在的深层次问题及发展趋势,展望了利用SPD方法制备超细晶非连续增强金属基复合材料的应用前景。     

Al-4Cu-Mg合金半固态压缩时微观组织的计算模型

研究了Al-4Cu-Mg合金半固态压缩变形过程中微观组织参数的变化.结合模糊数学和人工神经网络理论,以Al-4Cu-Mg合金半固态压缩变形时的变形温度、变形程度和应变速率为输入参数,以变形后的晶粒等效直径或分形维数为输出参数,建立了Al-4Cu-Mg合金半固态压缩时的微观组织计算模型.研究结果表明,计算结果与实验结果吻合较好.因此,应用本模型可对Al-4Cu-Mg合金半固态成形过程中的微观组织演变进行预测,为优化变形工艺参数提供了简便、适用的方法.     

半固态高碳(C＞1%)工具钢压缩变形的组织演变

采用Gleeble-1500热/力模拟机,对电磁搅拌法制备的高碳钢半固态坯料进行压缩实验,研究半固态高碳(C>1％)工具钢在不同温度、不同变形程度和不同变形速率下压缩变形的组织演变规律.结果表明,随变形程度的增加,试样心部和边部晶粒的尺寸逐渐减小;随温度的升高,固相率降低,试样心部和边部晶粒的尺寸变大;随变形速率的提高,试样心部的晶粒尺寸减小,边部的“大结构”破碎。     

石墨烯增强铝基复合材料的制备及热变形研究

为了探究石墨烯增强铝基复合材料的制备工艺及其热变形行为,本文采用湿混球磨结合真空热压烧结法制备了0.5wt.％石墨烯增强铝基复合材料,并利用场发射扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪对其进行微观组织观察、成分和物相分析,用Gleeble 3800热模拟机对复合材料进行等温压缩试验,建立了材料的本构方程并分析其热变形机理...     

莫来石纤维增强SiO_(2)气凝胶复合材料压缩回弹性能实验与建模研究EI北大核心CSCD

对莫来石纤维增强SiO_(2)气凝胶复合材料开展面外方向单轴压缩实验,研究不同极限应变、热暴露温度对压缩回弹行为与变形恢复能力的影响,基于微观结构形貌变化阐释内在机制,对加载和卸载阶段的变形行为建立唯像力学模型。结果表明:莫来石纤维增强SiO_(2)气凝胶复合材料的压缩回弹行为呈现非线性特征,极限应变越大,变形恢复能力越差;高温热暴露预处理会对压缩回弹性能产生影响,热暴露温度越高,变形恢复能力越差,基体颗粒-团簇结构的聚集、大尺寸孔洞的形成和塌陷是主要原因;所建立的唯像力学模型可以用来描述材料在压缩加载-卸载时的应力-应变曲线,拟合结果与实验数据吻合较好。     

Void formation in metal matrix composites by solidification and shrinkage of an AlSi7 matrix between densely packed particles

Particle reinforced metals are developed as heat sink materials for advanced thermal management applications. Metal matrix composites combine the high thermal conductivity of a metal with a low coefficient of thermal expansion of ceramic reinforcements. SiC and carbon diamond particle reinforced aluminum offer suitable thermal properties for heat sink applications. These composites are produced by liquid metal infiltration of a densely packed particle preform. Wettability, interface bonding strength and thermal mismatch are critical for void formation which leads to thermal fatigue damage under operation. The evolution of voids in AlSiC and AlCD has been studied by in-situ high resolution synchrotron tomography during matrix solidification. Large irregularly shaped matrix voids form during eutectic solidification. These voids help alleviate thermal expansion mismatch stresses by visco-plastic matrix deformation during cooling to RT after solidification, if sufficient interface bonding strength is assumed.     

镁基复合材料高温变形研究进展

自20世纪80年代以来,不同类型(颗粒、晶须、纤维等)的增强镁基复合材料日益增多并得到了广泛的研究。镁基复合材料可设计性较强,且具备突出的力学性能与物理性能,包括低密度、高比刚度、较低的热膨胀系数、良好的阻尼性能、优异的抗震降噪能力及优良的电磁屏蔽性能等,在航空航天、军工制造、汽车电子、建筑用材及生物医用等各领域有着巨大的发展前景,被视作在先进技术领域颇具竞争力的一种轻质金属基复合材料。然而,镁及镁合金的晶体结构为密排六方型,室温下独立的滑移系相对较少,相应地,镁及镁合金具备较差的塑性加工能力。同时,作为硬质相的增强相,与基体镁合金之间的物理化学性能相差较大,存在一定的不兼容性。增强相的添入进一步恶化了镁基复合材料的塑性加工能力,这在很大程度上限制了镁基复合材料的使用。因而,开展关于镁基复合材料在高温变形等方面的研究工作十分重要。国内外关于镁基复合材料高温变形行为方面的科研工作大部分聚焦于不同的工艺参数对高温变形行为的影响、高温变形时发生的加工硬化及动态再结晶现象、建立相应的本构模型等方面。镁基复合材料常见的高温变形方式主要有五种,分别为超塑性变形、高温压缩、热循环变形、高温蠕变及高温二次变形。研究者们针对不同的高温变形方式开展了大量的研究工作,并取得了较为显著的研究成果。其中,高温压缩由于变形工艺相对简单而得到了更为广泛深入的研究。近年来,研究者们不仅探究了不同高温变形方式对镁基复合材料微观组织与性能的影响,还探究了应变量、温度、应变速率等变形条件对镁基复合材料高温变形行为的影响,更深入地探究了镁基复合材料在高温变形过程中的微观组织演变规律与相应的变形机制,结合数值分析构建了相应的本构模型,为镁基复合材料高温变形工艺的制定与优化提供了强有力的理论支持,有助于实现对镁基复合材料微观组织与性能的有效调控。本文综述了镁基复合材料高温变形的不同类型,阐释了镁基复合材料高温变形的本构方程及软化机理,并展望了今后镁基复合材料在高温变形方面的发展方向。     

Microstructure and properties of SiCw/6061 aluminium alloy composites after compression at temperatures around solidus of matrix

Abstract

The effect of compressive deformation at temperatures around the solidus of the matrix on the microstructure and properties of SiC_w/6061 aluminium alloy composites was investigated. It was found that the temperature, strain rate, and amount of deformation affect whisker distribution and breakage, densification and uniformity of composites, and SiC_w/matrix alloy interfacial bonding. The microstructural evolution due to compression affects the properties of the composites, which is considered to be the most important aspect for evaluating high temperature plastic forming of the composites. The optimum parameters for compressive deformation were determined by analysing the microstructure and the properties of the composites.