SiC颗粒增强铝基复合材料制备技术研究进展

SiC颗粒增强铝基复合材料具有高比强度、高比刚度、低密度、高耐磨性等优点,可望作为新一代性能优异的结构材料而广泛应用于现代工业生产和国防军事领域。本文综述了SiC颗粒增强铝基复合材料的制备技术和特点,并就研究过程中存在的问题进行了分析,最后对复合材料的研究进行了展望。     

SiC颗粒增强耐磨铝基复合材料组织及性能研究

采用粉末冶金真空热压烧结工艺制备了纳/微米双尺度Si C颗粒增强的Al-Si复合材料(4%nm+15%μm SiC/Al-Si),分析测试了其组织、硬度、耐磨性及磨损特征,并与纳米Si C颗粒增强复合材料(4%nm SiC/Al-Si)及微米SiC颗粒增强复合材料(15%μm SiC/Al-Si)进行了对比研究。结果表明:微米SiC颗粒均匀分布在基底中,颗粒边缘与基体接触较为紧密,无明显反应物生成;纳/微米双尺度颗粒增强复合材料的硬度高于微米颗粒增强及纳米颗粒增强的复合材料,其硬度值为76.24 HV,比基体提高了35.13%;纳/微米双尺度颗粒增强铝基复合材料的耐磨性高于微米颗粒增强及纳米颗粒增强的复合材料,其磨损量比基体减少43%;纳/微米双尺度颗粒增强铝基复合材料的磨损表面较为平坦,表现为磨粒磨损特征。     

挤压铸造法制备SiC颗粒增强铝基复合材料

采用挤压铸造法制备碳化硅颗粒增强铝合金复合材料，讨论了粘结剂、预制件温度、压力等工艺因素对制备过程的影响．     

SiC颗粒增强铝基复合材料的研究

研究讨论了用半固态搅拌铸造法制造SiCp／Al复合材料的制备工艺,并对所制得的复合材料进行了分析和性能测试。结果表明：用多层螺旋倾斜叶片搅拌棒对熔体适速搅拌,可增加SiCp的复合量,使SiCp与基体间浸润性良好,且分布较均匀。     

SiC颗粒增强铝基复合材料的焊接

针对ＳｉＣ颗粒增强基复合材料的特性,分析了焊缝中存在的问题,介绍了典型焊接工艺方法用于该材料焊接的适用性,通过对常用焊接工艺的分析,指出选择合适的工艺方法和工艺是获得优质接头的关键,本文对复合材料的焊接生产具有指导意义,其基本原则也适用于其它类型铝基复合材料的焊接。     

SiC颗粒增强铝基梯度复合材料的制备与性能

采用粉末冶金法制备了SiC颗粒增强铝基梯度复合材料（FGMMC），研究了该梯度复合材料的微观组织和力学性能，对FGMMC的显微组织观察表明，由于铝基体熔合成一体，因此层间没有明显的界面，具有基体的连续性，尽管基体是连续的，但是当疲劳裂纹从高SiC含量层向低SiC含量层扩展时，在过渡区发生延滞现象，通过断口和裂纹扩展路径的分析解释了此延滞现象。     

SiC颗粒增强铝基复合材料半固态成形件组织及性能

采用机械搅拌、连铸和电磁搅拌相结合的方法制备了SiC/A356铝基复合材料的非树枝晶坯料,经过二次加热和半固态成形技术得到压铸件试样,对其组织和性能进行了分析探讨。结果表明,SiC/A356复合材料在不同状态下的组织形貌与A356对应状态下的组织形貌是相似的;复合材料的抗拉强度随着SiC含量的增加先增高后减低,其弹性模量随着SiC含量的增加而增加。     

SiC颗粒增强铝基复合材料连接研究进展

论述SiC颗粒增强铝基复合材料焊接的研究现状,分析熔化焊、电阻焊、高能束焊、搅拌摩擦焊、钎焊、瞬间液相连接在焊接SiC铝基复合材料中存在的问题以及相应的解决方案。铝基复合材料连接目前仍处于试验阶段,要进行工程应用在连接方法和机理方面需要进一步的研究。     

纳米SiC颗粒增强铝基复合材料研究

用粉末冶金方法制备了纳米尺寸ＳｉＣ颗粒增强铝基复合材料，并将其组织及性能与相同工艺制备的纯铝和微米尺寸ＳｉＣ颗粒增强的铝基复合材料（增强相的体积分数相同）进行了对比．与微米颗粒相比，纳米颗粒增强的复合材料组织均匀而细小，硬度及电阻均有较大幅度的升高．     

SiC颗粒增强铝基复合材料的显微组织与力学性能

采用压铸浸渗法制备了体积分数为50%的SiC/Al-5.3Cu-0.8Mg-0.6Ag-0.5Mn耐热铝基复合材料.通过拉伸测试与组织观察,研究了高体积分数SiC颗粒增强对基体合金的显微组织与力学性能影响.结果表明,在基体Al-5.3Cu-0.8Mg-0.6Ag-0.5Mn合金中掺入高体积分数的SiC颗粒后,复合材料的时效硬化与拉伸性能得到了大幅度的提高,185 ℃峰时效处理后的抗拉强度从356 MPa增大到520 MPa.SiC/Al-5.3Cu-0.8Mg-0.6Ag-0.5Mn复合材料的组织致密,分布均匀,其断裂方式包括界面脱开、基体韧断和增强体开裂.高体积分数SiC颗粒的增强并不改变基体合金的时效析出过程,析出相由Ω相和少量θ＇相组成,但SiC颗粒与基体之间发生了界面反应,生成了纳米级的Al4C3化合物.     

纳米SiC颗粒增强ADC12铝基复合材料的制备及性能

采用机械搅拌和超声分散相结合的方法制备出了纳米SiC颗粒增强ADC12铝合金基复合材料,并对制备出的复合材料进行微观结构分析和力学性能测试.结果表明,与基体合金相比,当纳米SiC颗粒的含量为2.0%时,所制得的复合材料的抗拉强度、弹性模量、断面收缩率及硬度分别提高23%、43%、160%和7.4%.用扫描电镜对试样拉伸断口的形貌和SiC颗粒的分散情况进行观察,发现纳米SiC颗粒在基体内呈均匀的弥散分布,没有发现大的团聚.同时,纳米SiC颗粒的均匀分布起到了阻碍或者阻止裂纹产生和扩展的作用.     

热处理对SiC颗粒增强铝基复合材料组织及力学性能的影响

研究热处理对热轧SiC_p/Al复合材料性能和微观组织的影响。结果发现:退火处理可使颗粒含量为10%的复合材料伸长率提高4倍,T6处理可提高SiCp/6061Al材料的强度和弹性模量。析出相的出现是T6处理后复合材料性能改变的主要原因。     

SiC颗粒增强铝基复合材料薄板的力学性能

研究了粉末冶金法制备的ＳｉＣ颗粒增强铝基复合材料薄板的常温及高温力学性能,结果表明,铝基复合材料薄板在常温下具有较高的强度,薄板性能基本呈各向同性,其断裂机制主要为颗粒从基体脱粘,同时有少量颗粒破碎。随着温度的升高,复合材料板材强度逐渐下降,延伸率增大。在２００℃时仍能保持较高的强度和较好的综合性能,其抗拉强度达３７０ＭＰａ,屈服强度达２４３ＭＰａ,延伸率达１１．３％。     

SiC颗粒增强铝基复合材料的连接现状

SiC颗粒增强铝基复合材料因其具有成本低、耐磨性好、高比强度和比刚度、高谐振频率等优良的性能受到关注,但由于难于机械加工,特别是焊接性较差制约其在工程中的应用推广. 文中通过对国内外SiC颗粒增强铝基复合材料的连接现状(焊接方法主要集中于熔化焊、扩散焊、搅拌摩擦焊和钎焊等)进行综述和评价. 结果表明,SiC颗粒和Al基体的较大物理化学性能差异是影响该种复合材料焊接性的主要因素;当SiC颗粒体积分数低于35%时,目前已取得令人基本满意的焊接效果,已具有小批量生产的趋势;但当SiC颗粒体积分数大于35%时,特别是针对高体积分数(55% ~ 75%)的复合材料而言,传统的熔化焊方法很难获得高质量的接头,因此选择合适的连接方法和特殊的焊料成分则成为该种材料的重要创新方向.     

SiC颗粒增强铝基复合材料制造工艺及性能

将２０－４０μｍ的ＳｉＣ颗粒（ＳｉＣｐ）经预处理后在真空中与铝共熔，然后冷至铝合金固液两相区搅拌，可明显改善ＳｉＣｐ／基体间的润湿性和增强相分布的均匀性；加镁也可改善其润湿性，该材料的强度是铝合金的二倍，弹性模量也提高两倍以上。     

SiC颗粒增强铝基复合材料物理及力学性能研究进展

SiC颗粒增强铝基复合材料既保持了金属特有的良好延展性、传热等特点,又具有陶瓷的耐高温性、耐磨损的要求。综述了SiC颗粒增强铝基复合材料的物理及力学性能,SiC颗粒增强铝基复合材料强化的物理模型主要有两种,即剪切滞后模型与Eshelby理论。     

SiC颗粒增强铝基复合材料钎焊技术研究

采用Al-28Cu-5Si-2Mg钎料，对SiCp／2024Al复合材料进行真空钎焊连接。试验结果表明：钎焊温度、保温时间、SiC颗粒的体积分数以及焊后时效处理均会影响SiCp／2024Al复合材料钎焊接头的连接强度；钎缝中有少量SiC颗粒存在，且分布不均匀；在靠近母材处出现贫化区，在钎缝中心两侧有较小的集聚区。提高液态钎料对SiC的润湿性，降低连接区的弱连接比例，减少过渡到钎缝的SiC颗粒，都是改善钎焊连接强度的重要途径。     

SiC颗粒增强铝基复合材料中SiC颗粒体积分数的测定

利用金相法和XRD定量分析法对SiC颗粒增强铝基复合材料的SiC颗粒体积分数进行测定.用定量金相法测得SiC增强铝基复合材料SiC颗粒的体积分数为58.6％,用XRD定量分析法测得的体积分数为62.7％.     

SiC颗粒增强铝基复合材料焊接研究现状

针对SiC_p/Al-MMCs的焊接问题,分别对国内外SiC_p/Al-MMCs熔化焊、钎焊、搅拌摩擦焊以及扩散焊的研究现状进行了论述和分析。结果表明,可采用多种焊接方法实现SiC_p/Al-MMCs的连接,但如何在避免焊接过程中生成脆性金属间化合物Al_4C_3的同时获得高强度接头仍是需攻克的核心问题。针对目前各种焊接方法中存在的问题对SiC_p/Al-MMCs焊接技术未来的发展进行了分析和展望。为了获得高质量连接,可开发采用复合连接新技术和新工艺。     

颗粒增强铝基复合材料的制备工艺

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.强制加人法包括粉未冶金法、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.