SiCp/Al复合材料抗弯性能研究

利用空气气氛下的无压渗透法制备了高体积分数的SiCp/Al复合材料,研究了颗粒粒径、基体合金成分、预处理工艺对复合材料抗弯性能的影响,并采用SEM观测了复合材料抗弯断口形貌.结果表明,SiCp/Al复合材料的抗弯强度随着SiC颗粒粒径减小而增大;基体材料的强度越高,复合材料的抗弯强度越高;复合材料整体上表现出脆性断裂的特征.     

高体积比SiCp/A356复合材料真空扩散钎焊接头组织与性能研究

采用快速甩带技术制备了7组(Al-33.3Cu-6.0Mg)-xNi(x=0,0.5,1.0,2.0,3.0,4.0,5.0,质量分数/%)急冷箔状钎料,分别对化学镀Ni-P合金前后的SiCp/A356复合材料进行真空扩散钎焊。通过剪切实验对钎焊接头的抗剪强度进行测定,并利用扫描电镜和能谱分析等方法对接头微观组织进行观察和分析。结果表明,当向Al-33.3Cu-6.0Mg钎料合金中添加不同含量的Ni时,其急冷钎料的固-液相线(504~522℃)变化较小;当w(Ni)=3%且在570℃、保温30min的钎焊工艺下,A356基体/钎料两界面间发生适当的互扩散和溶解现象(585℃时出现溶蚀缺欠),且部分钎料/SiC颗粒的接触界面发生Mg参与的化学反应,接头抗剪强度达到64.97 MPa;而在同种钎焊工艺下,对于化学镀Ni-P合金镀层后的SiCp/A356复合材料,其接头处A356基体/Ni-P合金镀层/钎料等接触界面易于形成富含Al、Ni的致密反应层,接头连接质量显著提高,且w(Ni)=4%时,接头抗剪强度达到79.96 MPa。     

SiCp/Al复合材料界面调控研究进展

SiCp/Al复合材料具备一系列优异的物理性能,是航空航天、电子封装、装备、核电、汽车、轨道交通等国家重大需求和国民经济装备制造所需的关键材料.但是,工业精密仪器关键零部件对SiCp/Al复合材料的性能要求相对较高,导致复合材料在诸多高端领域的应用受到了严重限制,因而提升SiCp/Al复合材料的整体性能是当前亟需解决的重要难题.对于给定的增强体与基体,界面相具有的微观结构和物化性质是影响SiCp/Al复合材料性能的决定因素.然而,界面相在形成过程中通常会出现润湿性差、结构缺陷多以及生成不良界面产物等问题,对SiCp/Al复合材料的性能产生了严重的负面影响.因此,有效实现界面的可控设计成为提升复合材料性能的关键.根据近几年关于SiCp/Al复合材料界面调控的研究工作来看,增强体颗粒表面改性在抑制增强体与基体之间的相互扩散以及减缓化学反应速率等方面发挥着重要作用,而表面改性处理的方式通常包括酸洗、高温氧化和添加涂层等.在基体中添加合金元素能够有效降低铝液的表面张力,改善SiCp/Al复合材料界面相的润湿性,同时可抑制不良界面反应的发生.目前合金化处理添加的元素通常包括Mg、Si、Cr、Ti、Fe等.在SiCp/Al复合材料的制备过程中,烧结温度、保温时间、冷却速率、成型压力、球磨时间以及烧结气氛等成型工艺参数均会影响界面的反应程度,因而对成型工艺的优化改进同样能够有效调控复合材料的界面信息,以实现对SiCp/Al复合材料性能的提升.本文结合SiCp/Al复合材料界面相具有的微观结构和物化性质,从增强体颗粒表面改性、基体合金化和成型工艺优化改进三个角度综述了SiCp/Al复合材料界面调控的研究现状,并对其未来发展的整体趋势进行了展望.     

SiCp/Al复合材料-半金属刹车材料干摩擦磨损性能研究

采用无压浸渗法制备15%(体积分数,下同),25%,35%,45%,55%的SiC颗粒(45,63μm)增强的铝基复合材料(SiCp/Al).在M-200型环块式磨损试验机上研究了SiCp/Al复合材料、灰铸铁(HT250)分别与半金属刹车材料配副的干摩擦磨损性能.结果表明,颗粒体积分数对复合材料摩擦系数的影响显著,而颗粒尺寸对复合材料摩擦系数影响不大.当颗粒体积分数从15%上升到55%时,SiCp(45μm)/Al复合材料的摩擦系数从0.319升高到0.385,提高20.7%,SiCp(63μm)/Al复合材料的摩擦系数从0.303升高到0.359,提高18.5%,且SiCp/Al复合材料摩擦系数的稳定性优于铸铁.HT250-刹车材料摩擦副的磨损率为7.09×10-6cm3m-1,是55%SiCp(45μm)/Al-刹车材料摩擦副的2.2倍,是55%SiCp(63μm)/Al-刹车材料摩擦副的2.7倍,SiCp/Al-刹车材料摩擦副的耐磨性明显优于铸铁-刹车材料摩擦副. SiCp/Al-刹车材料摩擦副的磨损率随着颗粒尺寸的增加而降低.     

SiCp/Al复合材料的化学镀镍

采用化学镀技术对高体分SiC颗粒增强铝基复合材料(SiCp／Al)表面进行改性以改善其焊接性能和抛光性能。本文探索了在SiCp／Al表面化学镀镍的预处理工艺及条件,系统分析并阐述了除油、粗化、活化等工序对化学镀镍的作用和影响,同时在最优的条件下成功地制备出光亮、均匀、完整且与基体结合良好的镍磷合金镀层。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDAX)对镀层微观结构和成分进行表征。结果表明,预处理可以改变基体表面的结构形貌,影响镍磷合金镀层在其表面的分布,从而对镀层质量、结合强度及沉积速度起决定性作用。     

SiCp/Al复合材料搅拌铸造新型搅拌器流场及工艺研究

SiCp/Al复合材料搅拌铸造法虽然具有制备成本低、近终成型的优点,但是实现SiC颗粒在铝合金熔体的均匀分散难度很大,这与搅拌器结构及搅拌工艺有直接关系。采用数值模拟和实验相结合的方法开展了新型桨栅复合搅拌器设计及其工艺研究,比较了桨栅复合搅拌器与单一搅拌器的流场结构和速度场分布,并在此基础上进行了搅拌铸造工艺研究。结果表明:(1)桨栅复合搅拌器能够较好地实现复合材料大体积熔体的均匀搅拌和高速剪切,复合搅拌器内熔体的流场为较好的轴向和径向循环,液面更为平稳,搅拌转速500r/min时熔体最大速度为3.9m/s,流场结构和剪切速度均优于单一形式搅拌器;(2)用桨栅复合搅拌器进行20%(质量分数)SiCp/A357复合材料搅拌铸造工艺实验,在搅拌温度610℃、搅拌转速500r/min、搅拌时间20min的工艺条件下,SiC颗粒分布均匀且无气孔缺陷。     

SiCp/Al复合材料电阻点焊剪切断口形貌

为了优化SiC p/Al复合材料电阻点焊工艺参数,采用不同焊接电流和焊接时间对SiCp/Al复合材料进行了电阻点焊连接,对接头进行了剪切强度试验,用扫描电镜对不同的点焊剪切断口进行微观形貌分析.结果表明:最优的焊接电流和时间匹配值为焊接电流I=14.6 kA,焊接时间t=0.2 s,配合电极压力F=2 500 N点焊,熔核直径适中,接头拉剪力可达1 693 N;撕开后的焊点断口两侧分别呈规则的圆凸台和圆孔状,呈纽扣型断裂,接头成型良好.当焊接电流和时间的匹配值小于最优参数时,点焊接头只有少量的点形成冶金结合,呈结合面断裂,焊接强度较低;当焊接电流和时间的匹配值大于最优参数时,点焊接头易过热,断口上出现气孔、裂纹、电极粘附烧蚀缺陷,接头强度降低.     

SiCp—Al复合材料搅拌熔炼—液态模锻成型工艺研究

在众多ＳｉＣｐ／Ａｌ复合材料的制备方法中,搅拌溶炼法具有工艺简单,设备投入少、经济可行等特点,因而得到了广泛的研究。本研究采用的半固态搅拌熔炼－液态模锻成形ＳｉＣｐ／Ａｌ复合材料制备工艺。既具有拌法的优点,又能直接将复合材料熔液锻压成形为性能优良,形状复杂的铸件,是铝基复合材料在民用工业上应用的有效途径之一。     

SiCp/Al基复合材料的高压扭转试验

采用高压扭转(high-pressure torsion,HPT)工艺制备SiCp/Al基复合材料,试验发现随着扭转半径的增加,剪切应变增大,SiC颗粒分布逐渐均匀;升高温度,SiC颗粒分布的均匀性好;随着扭转半径的增加材料的硬度先增加后减小,且材料越致密,SiC含量越多,分布越均匀,材料硬度越高。     

基于Murty准则的SiCp/Al复合材料热加工图研究

采用热模拟压缩试验对15%(体积分数)SiCp/Al复合材料在温度为623~773K、应变速率为0.001~10s~(-1)的热变形行为进行了研究,基于Murty准则建立了该材料的热加工图,并在此基础上建立了SiCp/Al复合材料临界失稳应变分布图。结果表明,随变形温度升高,SiCp/Al复合材料中的强化机制逐渐减弱,软化机制逐渐增强。基于临界失稳应变图可以确定出适合SiCp/Al复合材料加工的两个区域,分别为变形温度700~773K、应变速率0.001~0.01s~(-1)和变形温度740~773K、应变速率0.02~0.14s~(-1)。     

无压浸渗法制备不同体积分数及梯度SiCp/Al复合材料

选用不同粒径大小的SiC颗粒,并通过对颗粒分布的有效控制,采用无压浸渗工艺制备了不同体积分数(15%～65%)的SiCp/Al复合材料,并在此基础上试制了梯度SiCp/Al复合材料.运用OM,XRD等手段对所制备的复合材料进行了显微组织观察与成分分析,并对选定体积分数的复合材料进行了密度以及力学测试.研究结果表明,无压浸渗工艺下不同体积分数的SiCp/Al复合材料组织均匀、致密,力学性能良好;具有梯度结构的SiCp/Al复合材料层间结合良好,没有层间剥离现象.     

低体积分数SiCp/Al复合材料热变形行为的研究

在Gleeble-3500热模拟实验机上对机械超声搅拌法制备的SiCp/Al复合材料进行高温压缩变形实验,研究其高温热变形行为.变形温度为300～500℃,应变速率为0.0005～0.1 s-1,在实验数据的基础上,引入Z-H参数建立了用于描述复合材料高温热变形行为的本构关系模型.研究表明:流变应力开始随应变的增加而增大,出现峰值后逐渐减小并趋于平稳,表现出流变软化特征;应力峰值随温度的升高而减小,随应变速率的增大而增大.     

SiC_p/6061Al原位合金化焊接增强相界面微结构分析

以Al-5Ti-5Si药芯焊丝为填充材料的SiCp/6061铝基复合材料,在交流电弧超声作用下进行等离子弧原位焊接,利用TEM和HRTEM测试手段研究了焊后新生增强相与基体的微界面结构,结果表明:所有新生增强相尺寸都有所减小,并且新生相与铝存在Al3Ti(020)∥Al(002),Al3Ti[001]∥Al[100],AlN[100]∥Al[100]的位相关系。细小的Al3Ti,TiC,Si以及AlN相与基体的结合界面干净无任何反应物生成,与基体Al原子错配度低的新生相还可作为铝的异质形核核心,细化基体晶粒。焊接接头最大抗拉强度为92.69MPa,达到母材强度的62%。     

Reactive Diffusion Bonding of SiCp/Al Composites by Insert Powder Layers with Eutectic Composition

1.IntroductionSiCp reinforced aluminium metal matrix composites(SiCp/Al MMCs)have a unique combination of mechani-cal and physical properties,such as high specific strengthand specific modulus of elasticity,low thermal expansioncoefficient and high wearing resistance,and are expectedto be widely used in aerospace engineering,automotiveindustry,electronic packaging,medical appliances,etc.It is well known that joining is the indispensable pro-cessing for industrial applications of any material…     

Optimization of Machining Characteristics for Al／SiCp Composites using ANN／GA

The present work is focused on optimization of machining characteristics of Al/SiCp composites.The machining characteristics such as specific energy,tool wear and surface roughness were studied.The parameters such as volume fraction of SiC,cutting speed and feed rate were considered.Artificial neural networks(NN) was used to train and simulate the experimental data.Genetic algorithms(GA) was interfaced with ANN to optimize the machining conditions for the desired machining characteristics .Validation of optimized results was also performed by confirmation experiments.     

无压渗透法制备SiCp/Al复合材料工艺优化研究

无压渗透法是制备SiCp/Al复合材料的重要技术.应用实验方法系统地研究了无压渗透法的工艺参数和添加元素对制备工艺的影响.结果表明,在无压渗透法制备SiCp/Al复合材料的工艺过程中,浸渗温度是浸渗过程顺利进行的重要因素,900℃的浸渗温度为最佳浸渗温度.适量加入Mg元素能提高熔融金属Al和增强体SiC颗粒之间的浸润性,获得结合强度好、孔洞和疏松较少的SiCp/Al复合材料,Mg元素的最佳含量约为1.2%(质量分数).适量添加Si元素能增强熔融铝液的流动性,降低SiC颗粒与Al液间的表面张力,改善其润湿性.     

SiCp/Al电子封装复合材料的现状和发展

随着微电子技术的高速发展，SiCp/Al作为新型的电子封装材料受到了广泛的重视。根据近年来报导的有关资料，对SiCp/Al电子封装复合材料的性能、制备工艺及应用发展进行了综述，并指出了未来的研究方向。