挤压铸造法制备粉煤灰增强铝基复合材料及其磨损机理研究

通过挤压铸造法制备了不同含量粉煤灰增强铝基复合材料,其中粉煤灰的体积分数可达30%以上。采用SEM、金相显微镜对样品的结构与形貌进行了表征,研究了不同粉煤灰含量试样的摩擦磨损性能,并对其磨损机理进行了分析。实验结果表明,随着复合材料部分粉煤灰相对含量的增加,复合材料的摩擦磨损性能得到提高,在较低载荷作用下复合材料磨损机制主要为粘着磨损和磨粒磨损,较高载荷作用下主要呈现剥层磨损与磨粒磨损。     

原位Al_2O_3颗粒增强铝基复合材料的高能超声制备及性能研究

采用反应烧结和熔体超声分散法,以SiO2为原料成功制备了Al2O3颗粒增强铝基复合材料。利用X射线衍射仪、差热分析仪、扫描电镜、能谱仪等分析了复合材料的显微组织、生成的颗粒以及颗粒的形貌、尺寸和颗粒的分布。利用电子式万能试验机进行室温拉伸实验。结果表明,在800℃下,经过8h烧结后的坯块中SiO2完全反应生成了团聚的Al2O3颗粒,Al2O3颗粒粒度约为1μm。在熔体中施加1.0kW/cm2的高能超声使坯块熔化,获得的复合材料中Al2O3颗粒分布均匀,颗粒尺寸基本没有变化;复合材料的抗拉强度110.6 MPa,较纯铝基体的92.0MPa,提高了20.2%。     

原位Al_2O_3颗粒增强Al-10Si基复合材料制备的研究

基于SiO2/Al-10Si反应体系,通过半固态机械搅拌法及高能超声处理组合工艺,成功制备出Al2O3颗粒增强铝基复合材料。SiO2粉体预处理及铝熔体Mg元素活化有效改善了两者间的润湿性,在转速700r/min、搅拌10min的条件下,可获得SiO2颗粒均匀分布的微观组织;升温后,经过高能超声进一步熔体处理,不仅促进了SiO2/Al的原位置换反应,而且空化消除了残余气体。金相显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)的分析检测表明,原位生成的Al2O3颗粒均匀地分布于Al-Si合金基体中。     

短纤维增强铝基复合材料强化机制评述

本文对近年来有关短纤维(包括短纤维、晶须及颗粒)增强铝基复合材料强化机制的研究进行了综述,对比了几种强化理论的特点和适用性,同时指出每种强化机制的不足及今后发展方向。     

短纤维增强铝基复合材料强化机制评述

本文对近年来有关短纤维（包括短纤维、晶须及颗粒）增强铝基复合材料强化机制的研究进行了综述，对比了几种强化理论的特点和适用性，同时指出每种强化机制的不足及今后发展方向。     

纳米Al_2O_3增强金属基复合材料的研究进展

纳米Al_2O_3颗粒具有优异的力学性能,加入金属中可以大幅提高材料的拉伸强度、屈服强度、硬度等常温力学性能及高温性能。在目前的实验室及工业生产中,制备纳米Al_2O_3应用最广泛的是液相法,包括沉淀法、溶胶-凝胶法、水解法、微乳液法等。纳米Al_2O_3增强金属基复合材料可以通过外加法或原位法制备。外加法是在制备复合材料之前单独合成纳米Al_2O_3颗粒,结合粉末冶金、熔铸等方法引入金属基体,但往往容易出现纳米增强体团聚及增强体与基体界面结合不好。适当的加工工艺,如机械合金化、摩擦搅拌工艺,能在一定程度上弥补这些缺点。原位法是使金属Al发生氧化反应,或基体中其他元素的氧化物与金属Al发生铝热反应生成Al_2O_3,再通过热压、挤出等致密化手段来制备纳米Al_2O_3增强金属基复合材料。原位法制备的复合材料往往增强相与基体界面结合更好,且纳米Al_2O_3在基体中分布更均匀、分散。纳米Al_2O_3在金属基复合材料中增强机制主要有两方面,一是Orowan机制,弥散在金属晶粒内部的纳米Al_2O_3颗粒起到阻碍位错通过的作用;二是部分纳米Al_2O_3分布在金属晶界附近,阻止晶界移动,从而阻止晶粒长大。最后展望了纳米Al_2O_3增强金属基复合材料的发展前景,指出显微组织结构的构型设计是进一步提高这类材料综合力学性能的有效途径。     

流延法制备短纤维增强玻璃陶瓷基复合材料

研究了短纤维增强玻璃陶瓷基复合材料制备工艺中的短纤维分散和单向纤维预浸片制备。结果表明: 在聚乙稀醇水溶液与乙二醇的混合分散介质中, 采用搅拌法可以得到短纤维的均匀分散, 分散介质的触变性对于均匀分散体系的获得与保持是十分必要的; 流延法有利于控制短纤维预浸片中纤维的取向。单向预浸片热压获得了高强韧性的复合材料试样。      

Al_2O_3-TiC/TiCN颗粒增强铁基复合材料的研究

利用钛铁矿原位合成的Al2O3-TiC/TiCN-Fe复合粉,通过热压工艺成功制备出了不同比例Al2O3-TiC/TiCN增强的铁基复合材料。研究了Al2O3-TiC/TiCN颗粒对铁基复合材料组织和性能的影响。XRD结果显示,在烧结过程中TiC/TiCN会发生一定程度的氧化,有Ti的中间氧化物出现。制备的Al2O3-TiC/TiCN增强的铁基复合材料的性能比较优良,材料的最高力学性能为抗弯强度1334 MPa,维氏硬度802。     

钛铁矿原位反应合成Al_2O_3-TiC颗粒增强铁基复合材料

利用钛铁矿铝热碳热原位还原技术成功制备了Al2O3-TiC增强铁基复合材料。通过XRD,SEM和力学性能检测方法分析了钛铁矿原位合成和添加合成两种方式对Al2O3-TiC增强铁基复合材料的组织和力学性能的影响。结果表明:利用钛铁矿合成的铁基复合材料的增强相为Al2O3,MgAl2O4,TiC和Fe相,添加合成过程中会发生一些硬质相TiC被氧化的现象。钛铁矿原位合成Al2O3-TiC增强铁基复合材料的基体组织呈粗大的块条状分布;添加合成的复合材料的铁基体以块状均匀分布。制备的Al2O3-TiC增强铁基复合材料的性能比较优良。材料的最佳综合力学性能为抗弯强度937MPa,维氏硬度532。     

挤压铸造短纤维增强金属基复合材料浸渗过程分析

在分析挤压铸造金属基复合材料浸渗条件的基础上，建立了液态金属在短纤维预制件中的浸渗和压力分布模型，计算结果表明：（１）当外加压力不足以使短纤维预制件产生变形之前，其浸渗距离和浸渍前端的压力分别为：Ｘｆ＝１－Ｆ／１－Ｖ＇ｆ∫＾ｔ０ｕｄｔ和Ｐｓ＝μｕ／Ｋ＇０·１－Ｆ／１－Ｖ＇ｆ∫＾ｔ０ｕｄｔ－４Ｖｆ０γｃｏｓθ／ｄｆ（１－Ｖｆ１０）（２）当外加压力使短纤维预制件产生变形之后，其浸渗距离和浸渗前端的压力     

液态浸渗挤压Al_2O_(3sf)/2A12铝基复合材料表面损伤的预测

建立了Al_2O_(3sf)/2A12铝基复合材料液态浸渗挤压表面缺陷预测的数学模型,基于L9(3~4)正交试验实验表模拟了9种在不同工艺参数下液态浸渗挤压成形Al_2O_(3sf)/2A12铝基复合材料制件的损伤分布规律,研究了工艺参数对损伤形成的影响规律.结果表明:由于不均匀变形以及制件表面的局部过热,在坯料模角处易产生表面环向裂纹;保压时间对表面损伤形成的影响最大,其次为浇注温度和模具预热温度,挤压速度的影响比较小.通过优化工艺参数,可以有效地避免表面损伤的产生,挤出表面质量良好的制件,模拟结果与实验结果基本吻合.     

挤压铸造法制备双连续β-Si3N4增强铝基复合材料

通过碳热还原法制备了气孔率为53.4%~70.2%的β-Si3N4多孔预制体,利用挤压铸造法制备双连续β-Si3N4增强铝基复合材料。随着β-Si3N4陶瓷增强相体积分数的增加,复合材料的弯曲强度由383.9 MPa增加到584.8 MPa,显微硬度由162.7HV增加到241.5HV,断裂韧性由11.9 MPa·m1/2下降到9.5 MPa·m1/2。铝合金基体的断裂模式是韧性断裂,β-Si3N4棒状晶的断裂模式受到晶粒取向的影响。复合材料强韧化机制主要有负荷传递、位错增殖、裂纹桥联、裂纹偏转和微裂纹增韧。     

Al_2O_3短纤维/M124F复合材料的凝固组织

采用挤压铸造法制备了Al2O3短纤维增强M124F铝合金复合材料,并研究了其拉伸强度、基体凝固组织和界面。结果表明:用挤压铸造法制备的复合材料组织致密,纤维分布均匀,抗拉强度与M124F相比明显提高;基体组织的α-Al枝晶和Si相明显细化。分析表明,纤维的加入具有双重增强作用:高强度陶瓷纤维的介入增强了基体材料的力学性能;在凝固过程中,Al2O3短纤维阻碍了α-Al枝晶的生长,同时可作为Si相非自发形核的衬底,细化了基体组织,提高了复合材料的力学性能。纤维与基体间未发现界面生成物MgAl2O4。     

溶液燃烧法制备纳米Al_2O_3

提出了用CH6N4O取代尿素作为还原性有机燃料,再与硝酸铝一起形成氧化-还原溶液,在微波炉内升温加热,实现了纳米Al2O3的快速燃烧合成。整个合成过程包括溶液的低温预热到高温浓缩、发泡成沫和着火燃烧,历时仅需5min。通过调节配比已基本消除残留碳,且使燃烧过程变得平缓,避免了爆燃现象,维持了火焰的持续时间。产物经X衍射测定,平均粒径为44￣52nm。     

碳纳米管和氧化铝混杂增强铝基复合材料的制备及力学性能

采用化学气相沉积结合机械球磨的方法制备了碳纳米管(CNTs)和Al_2O_3颗粒混杂增强铝基复合材料,研究了球磨时间、Al_2O_3含量对复合材料组织和力学性能的影响。结果表明:本方法可以获得CNTs和Al_2O_3颗粒在铝基体内的均匀分散。随球磨时间的增加,复合材料的硬度随之增大;当球磨时间为180min时,复合材料硬度达纯铝的2.1倍。此外,随Al_2O_3颗粒含量的增加,复合材料的硬度和压缩屈服强度均不断提高。当Al_2O_3的质量分数为4%时,CNTsAl_2O_3/Al复合材料的硬度达112.1HV,为纯铝的2.8倍;压缩屈服强度达416MPa,为纯铝的4.6倍,说明CNTs和Al_2O_3的混杂加入发挥了良好的协同增强效果。     

搅拌铸造制备SiC颗粒增强铝基复合材料研究现状

综述了搅拌铸造制备SiCp/Al复合材料的研究现状,重点包括SiCp/Al复合材料的界面改性技术、搅拌复合方法和铸造成型技术,同时阐述了SiCp/Al复合材料的增强断裂机制,并归纳总结了SiCp/Al复合材料的各项性能,最后指出了搅拌铸造法制备SiCp/Al复合材料过程中存在的问题,并展望了该种方法的应用前景。     

氧化铝短纤维、石墨混杂增强ZL108复合材料的摩擦特性

采用挤压铸造法制备了氧化铝短纤维(80％Al_2O_3·20％SiO_2)、石墨(Gr)混杂增强铝基复合材料。对其组织、强度、摩擦磨损特性等进行了研究。发现由氧化铝短纤维和石墨混杂增强的铝基复合材料具有优良的摩擦性能。这种复合材料随着其中石墨含量的增加,摩擦系数明显降低。在短纤维含量较高的铝基复合材料中,石墨的作用尤为突出。在大载荷下,石墨能显著降低短纤维增强铝基复合材料的摩擦系数和磨损量。从实验和分析来看,石墨改变了复合材料的磨损类型。     

液态浸渗法制备Al_2O_3-SiO_2纤维/Al-Si复合材料

给出了硅酸铝（Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２）短纤维局部增强Ａｌ－Ｓｉ合金的液态浸渗制造工艺，并测试了该复合材料的强度以及摩擦磨损性能。试验表明，该复合材料的强度以及摩擦磨损性能均高于基体金属。     

碳纤维增强铝基复合材料的低压铸造

本文分析了液态金属浸渗静力学和动力学.通过实验测定渗透系数.分四种情况讨论了C/Al浸渗复合过程和复合质量.指出,润湿并不是低压力下制备复合材料的必要条件.通过控制纤维分布状态,使纤维成束分布,在不润湿的情况下,也可以在低压力下制造高质量复合材料.最后用非均匀浸渗技术制出高强度C/Al复合材料.     

SiCp/8%TiB2混杂增强铝基复合材料高温流变

采用Gleeble-3500 热模拟试验机对SiCp/8%TiB2铝基复合材料在温度为350, 400, 450, 500 ℃,应变速率为0.001, 0.01, 0.1, 1 s-1条件下进行热压缩试验,探究其高温流变应力行为;建立SiCp/8%TiB2铝基复合材料应变速率和流动应力的本构方程,采用正弦双曲Arrhenius方程解释流动应力行为。建立基于动态材料模型（DMM）的热加工图来解释SiCp/8%TiB2铝基复合材料的热加工性,利用扫描电镜进行微观组织分析,以验证热加工图的可靠性。研究结果表明：SiCp/8%TiB2铝基复合材料的变形活化能为263.967 kJ/mol,最佳变形温度为490~500 ℃,应变速率为0.001~0.030 s-1,此时功率耗散系数达到峰值为23%。