混料工艺对稀土添加SiCp/Al基复合材料组织性能的影响

以SiC粉末、Al-Si合金粉末及CeO2粉末为原料,采用3种混料方式(机械混合法、球磨干混、球磨湿混)、在球磨干混条件下采用不同混料时间进行混料,并采用粉末冶金法制备了稀土添加SiCp/Al基复合材料,对复合材料进行SEM表征及力学性能测试,研究了混料工艺对稀土添加SiCp/Al基复合材料组织性能的影响.结果表明:球...     

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。     

SiCp/Al复合材料制备工艺对组织与性能的影响

采用高能球磨粉末冶金法制备了体积分数为15％SiCp／2009Al复合材料，研究了球磨转速、球磨时间对复合材料组织和性能的影响。结果表明，球磨转速和球磨时间是影响复合材料力学性能的重要因素，较长时间高转速球磨使得SiC颗粒均匀分布，转速190r／min、球磨6h制备的复合粉末经真空热压、挤压后的复合材料SiC颗粒均匀分布，材料的抗拉强度高达650MPa，伸长率大于5％。     

Y对原位Mg2Si/Al基复合材料初生相Mg2Si的细化机制

选用稀土Y和采用普通重力铸造法制备原位自生Mg2Si/Al基复合材料,研究不同含量的稀土Y对初生相Mg2Si形貌、尺寸和力学性能的改变.结果表明:稀土Y对Mg2Si/Al复合材料的凝固组织有影响;添加Y处理的Mg2Si/Al基复合材料的Mg2Si颗粒变得更加细小;通过计算二维错配度,发现Y可以作为初生相Mg2Si的异质形核质点从而细化颗粒,同时Y与Al相互作用形成Al3Y相可阻止Mg2Si相长大;此时铸态Mg2Si/Al合金复合材料的力学性能得到改善,其最大抗拉强度和延伸率分别为144 MPa和4.19％.     

球磨时间对高粒径比SiC_p/6061Al复合粉末形貌及复合材料组织与性能的影响

采用湿磨-高能球磨法对高粒径比的6061Al粉末和SiC混合粉末进行预处理,利用真空热压烧结法制备SiCp/6061Al复合材料。用XRD、SEM、TEM、拉伸强度等测试方法研究球磨时间对复合粉末形貌及复合材料组织和性能的影响。结果表明:在球磨过程中铝粉和SiC颗粒形成复合聚合体,采用乙醇做控制剂,可有效地抑制冷焊反应发生;随球磨时间延长,复合聚合体逐渐变薄并最终断裂;聚合体中碳化硅的含量先增高后降低;铝粉中晶粒尺寸逐渐降低,位错增多;SiC颗粒发生碎化,在基体中分布更加均匀;复合材料的拉伸强度提高,可达到258 MPa。     

SiC颗粒增强铝基复合材料的制备工艺和性能研究

采用粉末冶金法制备SiCp/6061Al复合材料,研究热压温度、球磨工艺参数和SiC颗粒(SiCp)体积分数对SiC颗粒增强铝基复合材料性能的影响,测试其力学性能及物理性能,用扫描电镜对材料的微观组织和断口进行观察。结果表明:540℃是较适合的热压温度;随着SiCp含量的增加,复合材料的致密度、热膨胀系数下降,抗拉强度先提高后迅速降低。     

高硅铝合金及颗粒增强铝基复合材料组织性能的探究

采用真空热压烧结工艺制备Al-30Si合金、30%Sip/Al、30%SiCp/2024Al、30%SiCp/6061Al(均为体积分数)复合材料,测定其热膨胀系数及力学性能。利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)对其微观组织结构及断口形貌进行表征,探究了高硅铝合金及颗粒增强铝基复合材料的组织与性能,分析了材料的断裂机制。结果表明:SiCp/2024Al复合材料中SiC颗粒分布均匀,组织致密,综合性能好,热膨胀系数(CTE)为13.69×10-6/K,硬度达到134 HB,极限抗拉强度达353 MPa。SiCp/6061Al复合材料中SiC颗粒分布较均匀,界面结合较好,组织不够致密,有少许孔隙,性能较好。SiCp/6061Al和SiCp/2024Al复合材料的断裂方式都是界面基体的撕裂结合SiC颗粒的断裂。Sip/Al复合材料中Si颗粒分布较均匀,断裂方式为界面脱开,性能较差。Al-30Si合金在烧结过程中形成大量板条状的Si相,性能最差,断裂方式以合金撕裂为主。     

无压浸渗制备SiC_p/Al复合材料的力学性能研究

采用无压浸渗法制备出不同SiC粒度组成和硅含量的SiCp/Al复合材料,并对其性能进行测试分析。研究结果表明:SiCp/Al-7Si复合材料硬度比SiCp/Al-12Si复合材料的低,但抗弯强度和断裂韧性比SiCp/Al-12Si复合材料的高,对不同SiCp/Al复合材料的力学性能的影响程度各不相同;粒径小的SiC颗粒有利于SiCp/Al复合材料的硬度、抗弯强度和断裂韧性的提高。当SiC粒度为W7,铝合金中Si含量(质量分数)为7%时,SiCp/Al复合材料的抗弯强度为502MPa、断裂韧性为7.1MPa·m1/2、硬度为66HRA。     

Al-14Si复合材料显微组织与性能

采用原位反应和液态搅拌合成法制备混杂相（Al3Ti＋SiCp）增强过芡晶铝基复合材料,研究了（Al3Ti＋SiCp）／Al-14Si复合材料的微观组织和强化机理。结果表明：采用原位反应法生成的Al3Ti具有良好的细化晶粒效果;通过液态搅拌可以使得原位生成Al3Ti增强相粒子和初晶硅更加细化;由于SiCp的存在使得Al基体畸变,产生密集的位错,对过共晶铝合金的力学性能有着重要影响。     

粉末热挤压SiC_p/2024铝基复合材料的显微组织和力学性能

利用粉末热挤压工艺制备SiCp/2024铝基复合材料,研究所制备复合材料的挤压态和热处理态的显微组织及力学性能,分析复合材料的断口形貌和断裂类型。结果表明:大部分SiC颗粒和析出的大量细小第二相粒子均匀地分布在基体合金中,部分区域的SiC颗粒存在轻微团聚现象,晶粒沿挤压方向被显著拉长,刚性的SiC颗粒长轴平行于挤压方向分布,形成热加工纤维组织。对复合材料进行T6(490℃固溶75 min+170℃时效8 h)热处理后,复合材料的晶粒比较细小,抗拉强度达470 MPa,主要的析出强化相为S′(Al2CuMg)。挤压比的提高有利于提高SiC颗粒和基体合金的界面结合强度。粉末热挤压法制备的SiCp/2024铝基复合材料热处理后的断裂方式主要有3种:SiC颗粒断裂、SiC颗粒与基体合金的剥离和基体合金的韧性断裂,该复合材料的断裂机制为韧性断裂和脆性断裂共存的混合断裂。     

球磨工艺对Al2O3/Mo复合材料组织的影响

针对原位自生Al2O3增强钼基复合材料晶粒较大的问题,采用溶胶-凝胶与高能球磨相结合的方法细化复合材料晶粒,并利用SEM、XRD对不同球磨工艺所制备Al2O3/Mo复合粉末及复合材料的组织进行了观察和分析。结果表明:随着球磨时间的延长,Al2O3/Mo复合粉末颗粒由球状变为层片状再成为细小的球状,颗粒大小由约1.5μm细化为约500nm,其中的钼晶粒不断细化;高球料比所得粉末的分散性和破碎细化程度较好;转速提高使得粉末颗粒的尺寸均匀程度降低,且伴有结块现象,不利于粉末的细化。在球料比5∶1、转速300r/min、球磨时间60h条件下获得的复合粉末,经压坯烧结可制备出Al2O3颗粒为纳米级的钼基复合材料。     

CeO_2含量对SiC_p/Al-12Si复合材料性能和微观组织的影响

为了研究CeO_2对SiC颗粒增强铝基复合材料组织与性能的影响,以微米级SiC和Al-12Si-Cu-Mg合金粉为原料,添加CeO_2粉末,采用粉末冶金法制备SiC颗粒增强铝基复合材料。用扫描电镜及能谱仪对材料的微观组织进行表征和能谱分析,并检测其物理性能和力学性能。结果表明:适量CeO_2的加入可以显著细化析出Si,Si相颗粒分布更加均匀,复合材料的致密度、抗拉强度和伸长率都有着显著提高,热膨胀系数显著降低,CeO_2体积分数为0.2%时,复合材料的各项性能达到最优值,分别为98.38%、376.9 MPa、4.09%、13.94×10~(-6)K~(-1)。     

球磨时间对纳米晶Al-7Si-0.3Mg合金粉末微观组织及硬度的影响

以机械破碎Al-7Si-0.3Mg合金粉末为原料进行高能球磨, 对不同球磨时间的合金粉末进行金相观察、X射线衍射分析、透射电镜表征及显微硬度测试, 研究球磨时间对纳米晶Al-7Si-0.3Mg合金粉末的影响。结果发现, 高能球磨导致共晶硅颗粒从微米尺度细化到亚微米尺度, 颗粒形状从多面体转变成圆形, 颗粒内部有层错生成。随着球磨时间逐渐增加到60 h, 合金粉末平均颗粒尺寸从134μm逐渐下降到22μm, Al(Si, Mg)基体晶粒尺寸从438 nm降低到23 nm, 粉末显微硬度从HV 93增加到HV 289。粉末硬度的增加主要归功于球磨导致的晶粒细化(细晶强化作用), 此外, 球磨过程中硅颗粒的细化以及球磨引起的Mg、Si原子在基体内固溶度的增加也有利于粉末硬度的提高。     

纳米SiC增强纯Al基复合材料的微观组织和力学性能

与采用微米尺度SiC颗粒为增强相制备的Al基复合材料相比,以纳米SiC颗粒为增强相制备的Al基复合材料具有更加优异的力学性能,可极大提高SiC增强Al基复合材料的服役可靠性及应用范围。采用传统粉末冶金方法制备纳米SiC颗粒增强纯Al基复合材料,研究烧结温度和增强相体积分数对复合材料微观结构和力学性能的影响。研究表明,烧结温度和增强相体积分数均对复合材料的微观结构和力学性能有重要影响。随烧结温度升高,复合材料中的残留微孔减少,密度和强度均得到显著提高。含体积分数为3%纳米SiC颗粒的复合材料在610℃具有最高的强度,进一步提高纳米SiC颗粒的含量并不能提高材料的力学性能,这主要是由于当纳米SiC颗粒的体积分数超过3%时将出现明显的团聚,从而降低强化效应。     

Bc路径等径角挤压SiC_p/Al基粉末材料的显微组织及力学性能

以SiCp/Al基复合粉末材料为研究对象,在250℃下采用粉末包套-等径角挤压工艺沿Bc路径成功将粉末颗粒直接固结成高致密度的块体细晶材料。结果表明:复合粉末材料成分分布均匀性和致密度在等径角挤压强烈的剪切细化作用下效果显著。初始SiC平均粒径为13.69μm,复合粉末初始相对密度为0.75,经过3个道次等径角挤压后,得到相对密度达0.97接近完全致密,SiC颗粒得到一定程度细化且分布均匀的细晶组织,平均显微硬度高达75HV,约为工业致密纯铝的2.2倍,初始SiC颗粒的尖锐棱角特征也得到明显改善。压缩性能测试表明,挤压后SiCp/Al基复合材料表现出明显优于工业纯铝的变形行为特征。     

自蔓延反应涂层法制备SiCp/Al复合材料及性能

对采用铝浴自蔓延反应涂层制备SiCp/Al复合材料的反应机理及与组织演变研究发现：在SiCp/Al表面形成TiC和Ti5Si3复合涂层，显著改善了SiCp与铝液的润湿性，凝固后的SiCp/Al复合材料经热挤压可进一步改善界面状态和界面结合。对它的力学性能和摩擦磨损性能研究表明：由于SiCp的加入对弹性模量的影响与其它方法制备的SiCp/Al复合材料相同，因此可通过降低反应程序，以便提高材料的力学性能。SiSp/Al复合材料摩擦性能主要取决于SiC颗粒的粒度及含量。     

以铝为助剂通过机械合金化和热处理制备Ti3SiC2

采用Ti、Si、C单质粉末为原料,添加少量Al元素粉末为助剂,通过机械合金化和热处理制备高纯Ti3SiC2材料。采用XRD和SEM研究该材料的物相组成和显微结构。研究结果表明,机械合金化Ti、Si、C单质混合粉末,会诱发自蔓延反应,生成组成相为TiC、Ti3SiC2、TiSi2和Ti5Si3的粉末与颗粒产物。添加适量的Al元素可消除硅化物,明显促进Ti3SiC2的反应合成。采用Ti、Si、C、Al单质粉末进行机械合金化,可制备出主相为TiC与Ti3SiC2的粉末与颗粒产物。对掺Al机械合金化粉末产物压制后,在900~1 100℃热处理2 h,可制备出纯度大于95%(质量分数)的Ti3SiC2材料,而颗粒产物在900~1 200℃进行热处理,亦可获得纯度为96%的Ti3SiC2材料。但在1 300℃,热处理产物中的Ti3SiC2会发生严重分解,部分分解为TiC和少量硅化物,使产物纯度降低。     

粉末冶金法制备SiCp/Cu复合材料及组织性能研究

以高纯SiC粉、Cu粉为原料,通过机械球磨、真空热压烧结制备SiC颗粒弥散强化铜基(SiCp/Cu)复合材料。采用SEM、XRD等方法,研究了球磨粉末形貌、粒度及成分均匀性的变化规律,同时研究了真空热压烧结SiCp/Cu复合材料微观组织、力学性能和物理性能。结果表明:球磨转速为250 r/min、球料比为10:1(质量比)时,球磨10 h获得的SiC/Cu复合粉末成分均匀,无团聚现象;真空热压烧结复合材料的相对密度达到92%以上,SiC颗粒均匀弥散分布,具有很好的力学性能和导热导电性能;其中,烧结温度850℃、保温1 h制备的材料综合性能更佳,致密度达到96.2%,热导率为221.346 W/(m·K),电导率为65.3%IACS,抗压强度为467.46 MPa,断裂应变可达20.87%。     

粉体粒径级配比对粉末冶金SiC_p/6061Al复合材料组织与性能的影响

选择不同粒径的6061Al粉末和SiC颗粒,采用真空热压法制备含35%SiC体积分数的SiCp/6061Al复合材料,研究不同级配比对复合材料显微组织和抗拉强度的影响。结果表明:复合粉末的粒径级配比可影响复合材料的微观组织和力学性能;当增强体颗粒粒径为15μm时,随基体6061粉末与SiC颗粒粒径比降低,SiC颗粒在复合材料中的分布越来越均匀,抗拉强度提高;当基体6061Al粒径为10μm时,随SiC颗粒粒径减小,复合材料微观组织的均匀性降低,但抗拉强度提高。并建立了理想的复合粉末颗粒分布模型,模型的理论计算结果与Slipenyuk公式计算结果接近。     

高能球磨制备Al2O3/Cu复合材料

采用高能球磨法制备Al2O3/Cu复合粉末,通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)研究高能球磨时间对复合粉末的物相、晶粒尺寸和表面形貌的影响。结果表明,随球磨时间的增加,基体Cu的晶粒不断被细化,在球磨初期,晶粒尺寸减小很快,当晶粒尺寸小于20 nm时,细化速率变缓而趋于稳定;Cu颗粒形貌由树枝状变为层状,并向椭球体转变;纳米Al2O3颗粒逐渐嵌入Cu颗粒体内,且分散均匀,从而获得纳米Al2O3颗粒弥散分布的Cu基复合粉末。并探讨了高能球磨对放电等离子体烧结Al2O3/Cu复合材料导电性能和力学性能的影响,研究认为高能球磨可以促进基体的晶界强化和弥散强化,而晶界的增加并不会导致电阻率的显著增大,影响电阻率的主要因素为Al2O3的体积分数、孔隙和杂质的固溶。