颗粒增强Al基复合材料的制备工艺及凝固过程

着重研究了颗粒增强Al基复合材料的搅拌法制备工艺及凝固过程。 通过对熔体搅拌法制备颗粒增强金属基复合材料的工艺优化进行探讨,最终用最简单的工艺过程制备出组织致密、颗粒分布均匀、界面结合良好的SiC、Al_2O_3、SiO_2颗粒增强Al-4％Mg复合材料。 SiC、Al_2O_3、SiO_2颗粒增强Al-4％Mg复合材料在等轴晶凝固条件下,颗粒被等轴晶排斥,出现颗粒推移,晶粒直径越大,颗粒分布越不均匀。在试验分析基础上,提出了颗粒推移的强烈程度由晶粒与颗粒的质量比决定的观点:同种颗粒,其直径越大,颗粒推移越不强烈;同样直径不同种类的颗粒,其密度越大,颗粒推移越不强烈。 AlO_3颗粒增强 Al-4％Mg复合材料的凝固组织中的显微缩孔是由颗粒加入导致熔体粘度增加、颗粒堵塞枝晶间的补缩流动通道以及颗粒与基体合金的热膨胀系数的差异三种因素引起的。由于气孔易在SiC颗粒表面形核,或者SiC颗粒与基体结合较弱,使得SiC颗粒增强Al-4％Mg复合材料比Al_2O_3颗粒增强Al-4％Mg复合材料易形成显微缩孔。对SiO_2颗粒增强Al-4％Mg复合材料来说,SiO_2颗粒与基体间发生了界面反应,一定量的Si溶入了基体,增大了基体的凝固潜热,从而提高了基体合金凝固时的补缩流动能力,所以SiO_2(P)/Al-4％Mg复合材料的凝固组织比同样条件下Al_2O_3(P)     

双辊快速凝固制备颗粒增强铝基复合材料的新途径

为了制备基体晶粒细小、增强颗粒分布均匀且与基体结合良好、界面上无明显反应产物的颗粒增强铝基复合材料，在铝及铝合金双辊快速凝固技术研究的基础上，提出了同步喷射增强颗粒和结合熔体接触反应法的两种双辊快速凝固制备方法，介绍了这两种方法制备颗粒增强铝基复合材料的思路，阐述了制备的复合材料的潜在特点。     

激光作用下SiCP/A356 复合材料的快凝组织形成

对SiC 颗粒增强Al-Si 复合材料以及Al-Si 合金进行激光表面重熔处理, 分析了SiC 颗粒在快速凝固条件下的分布规律以及SiC 颗粒对合金基体凝固行为的影响。结果表明: SiC 颗粒不会被快速移动的凝固界面所推移; 颗粒对基体凝固组织中的相组成无影响, 但对凝固初生相的晶体生长有抑制作用。从颗粒与合金熔体的交互作用角度对实验结果进行了讨论。      

对辊快速凝固制备颗粒增强铝基复合材料的新途径

为了制备基体晶粒细小，增强颗粒分布均匀且与基体结合良好，界面上无明显反应产物的颗粒增强铝基复合材料，在铝及铝合金双辊快速凝固技术研究的基础上，提出了同步喷射增强颗粒和结合熔体接触反应法的两种双脱快速凝固制备方法，介绍这两种方法制备颗粒增强铝基复事材料的思路，阐述了制备了复合材料的潜在特点。     

增强颗粒与基体适配性对颗粒增强铝基复合材料强化机理的影响

用粉末冶金法制备了分别用Al2O3、SiC颗粒增强的颗粒体积分数为25%的6061Al基复合材料,在不同温度对其进行固溶-时效热处理,通过拉伸曲线分析和断口SEM分析研究了增强颗粒与基体适配性对颗粒增强铝基复合材料拉伸性能的影响。结果表明,低强度Al2O3颗粒不适合用于增强高强度的6061Al基体;研究了增强颗粒与基体适配性对颗粒增强铝基复合材料强化机制的影响,发现主要通过影响应力传递机制来影响复合材料性能;揭示了适配性与增强颗粒开裂、复合材料屈服之间的关系,得出增强颗粒相对于基体强度越高,颗粒开裂越少,并总结了一种表示增强颗粒与基体适配性关系的方法。     

颗粒增强金属基复合材料中界面附近位移场测量的探索

本文采用数字散斑相关法对高能超声法制备的颗粒增强金属基复合材料在拉伸变形过程中颗粒与基体的界面处的位移进行了测量与分析，。实验结果表明，界面处所发生的位移变化要大于颗粒和基体内部所发生的位移，说明在颗粒与基体合金的界面处存在着导致应变集中的缺陷，从而导致了颗粒增强金属基复合材料失效过程中常常出现颗粒与基体在界面处脱粘的损伤形式。     

颗粒增强复合材料基体破坏过程的数值模拟分析

运用一个材料破坏过程分析MFPA2D 系统, 研究了高强度圆形颗粒增强复合材料在拉伸 载荷作用下经变形、损伤直至失稳破坏的全过程。分别研究了含刚性颗粒和柔性颗粒基体的不同 破坏机制。数值模拟再现了颗粒增强复合材料在变形、破裂过程中的裂纹萌生、扩展规律以及颗粒 间的相互作用。模拟结果清晰地显示了在脆性基体中加入刚性粒子和柔性粒子的增强增韧机制      

短纤维增强铝铜二元合金复合材料凝固偏析的数值模拟

根据凝固过程中的守恒原理,建立了铝基复合材料凝固过程的数学模型.根据所建立的模型对氧化铝短纤维增强铝铜二元合金复合材料进行数值模拟,模拟结果表明:氧化铝短纤维周围有低熔点物质及溶质富集;随冷却速度增大,复合材料基体偏析加剧;随复合材料中纤维体积分数增大,基体中偏析减小.     

界面性质对颗粒增强复合材料破坏模式影响的数值模拟分析

运用材料破坏过程分析M FPA2D 系统, 对颗粒增强复合材料的变形、损伤及破坏过程进行了数值模拟分析。主要分析了界面性质对破坏模式的影响。模拟结果表明, 增强颗粒与基体的界面对复合材料的宏观性能有很大影响。在理想界面条件下, 破坏模式以界面附近基体的破裂为主, 在非理想界面(且为弱界面) 条件下, 破坏模式以颗粒与基体的脱粘较为明显。      

低频电磁场下原位合成Al-Zr-O系复合材料机制研究

为研究低频电磁场下铝基原位复合材料的合成机制,以A356-Zr(CO3)2反应组元制备出Al-Z-O系复合材料,在低频旋转电磁场条件下原位合成了微米级颗粒增强铝基复合材料.研究表明:当感应线圈内输入电流150A,频率4Hz时,对应磁场强度为0.25T,X射线衍射结果显示基体中增强相为Al3Zr和Al2O3;SEM观察该条件下合成的复合材料凝固组织发现,生成的增强颗粒细小,粒径1~2μm,而且在基体中均匀弥散分布.对原位反应的热力学和动力学过程分析表明:反应的关键环节是高温铝液和ZrO2固液相间反应,电磁场力作用加大了反应体系的混合对流运动,提高了传热传质和物质扩散速度,并促进了颗粒在基体中的弥散分布.     

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。     

粉末雾化喷射成形制备颗粒增强金属基复合材料

颗粒增强金属基复合材料具有良好的综合，性能在航空、汽车及民用工业中的应用前景十分广阔，近年来粉末雾化喷射成形工艺用于制备颗粒增强ＭＭＣｓ受到了重视与发展，该通过快速凝固获得组织均匀，细小，无宏观偏折和高性能的新材料，在沉积过程中向基体合金的喷雾中喷入增强相颗粒即可制成高性能ＭＭＣｓ，本文介绍这一方法的基本原理和最新进展。     

原位铝基复合材料的制备及微观组织

提出制备原位合金化和原位反应颗粒共同强化金属基复合材料的概念,并据此制备了原位10％Cu(质量分数,下同）和5．35％α-Al2O3颗粒增强纯铝复合材料（A）以及原位10％Cu,4%Si和15.06%α-Al2O3颗粒共同增强纯铝复合材料（B）。对原位反应过程进行了热力学分析。SEM观察和EDS分析显示,A和B中的原位反应分别生成了合金元素Cu、Cu Si以及Al2O3;原位Al2O3颗粒直径小于0.5μm,在材料中均匀分布。TEM观测显示Al2O3颗粒边角圆滑,与基体结合良好。探讨了原位反应的机理以及在铸造凝固过程中原位颗粒的行为。     

累积叠轧焊合法制备颗粒增强金属基复合材料的研究现状与展望

近年来,累积叠轧焊合法已经成为制备颗粒增强金属基复合材料的一种新颖工艺。介绍了累积叠轧焊合法制备复合材料的工艺原理,综述了累积叠轧过程中的颗粒增强金属基复合材料的金属基体与增强颗粒固相复合机制、强化机制以及复合材料性能。同时展望了用累积叠轧焊合法制备颗粒增强金属基复合材料的研究趋势。     

纳米复合材料特性分析及界面研究

概述了纳米颗粒增强复合材料的特性与制备方法.并对于分析纳米复合材料的主要观测手段SEM,TEM和HREM分别举例进行分析.分析表明,对于增强颗粒与基体之间的界面进行分析是分析纳米颗粒增强复合材料的力学性能的基础和关键.     

粉末雾化喷射成形制备颗粒增强金属基复合材料

颗粒增强金属基复合材料（ＭＭＣｓ）具有良好的综合性能，在航空、汽车及民用工业中的应用前景十分广阔。近年来粉末雾化喷射成形工艺用于制备颗粒增强ＭＭＣｓ受到了重视与发展。该方法通过快速凝固获得组织均匀、细小、无宏观偏折和高性能的新材料。在沉积过程中向基体合金的喷雾中喷入增强相颗粒即可制成高性能ＭＭＣｓ。本文介绍这一方法的基本原理和最新进展。     

搅拌摩擦加工制备颗粒增强铝基复合材料的研究现状及展望

铝合金作为现代工程和高新技术领域发展的关键材料之一,具有密度小、比强度和比刚度高、耐蚀性好等特点。通过在铝基体中添加增强相颗粒,制备得到的颗粒增强铝基复合材料既有铝合金良好的强度、韧性、易成形性等特点,又有颗粒的高强、高模等优点,是近年来应用最广的一类金属基复合材料。 目前,制备铝基复合材料的方法主要有粉末冶金法、铸造以及超声波法等,但这些方法在制备过程中需要较高的温度,颗粒与金属基体容易发生不良的界面反应,从而影响界面结合效果,降低复合材料的性能。搅拌摩擦加工(FSP)作为一种新型的固相加工技术,可同时实现材料微观组织的细化、致密化和均匀化。目前,FSP直接法已在铝基复合材料制备方面取得应用,主要是将增强相颗粒通过打盲孔或开槽的方式预置在金属基体内再进行FSP,进而制备出高致密度的颗粒增强铝基复合材料。因为FSP过程的温度低,颗粒与铝基体不会发生界面反应,所以该方法也被用于制备具有形状记忆效应(SME)的铝基功能复合材料。 近年研究结果表明,颗粒相对FSP制备的铝基复合材料晶粒细化起到显著作用,这有助于提高复合材料的拉伸强度、显微硬度及疲劳强度等力学性能。随着颗粒含量的增加和颗粒尺寸的减小,复合材料的力学性能得以增强。再者,减小颗粒尺寸有利于改善颗粒与基体之间的结合。另外,通过优化搅拌头的结构、形状和尺寸,以及FSP工艺参数,已经可以实现加工后颗粒相在基体中的均匀分布。 鉴于搅拌摩擦加工(FSP)直接法在制备颗粒增强铝基复合材料方面所具备的短流程、高效能以及基体与增强相颗粒界面无杂质等优势,本文对目前FSP直接法制备颗粒增强铝基复合材料的最新研究现状进行了总结。主要综述了FSP制备颗粒增强铝基复合材料过程中颗粒的含量、类型及尺寸对复合材料组织与力学性能的影响,并对颗粒分布均匀性以及颗粒与铝基体的界面问题做了阐述。文章最后深入分析了当前研究中的不足之处并展望了未来的研究方向。     

颗粒增强复合材料中界面破裂过程数值模拟研究

运用材料真实破裂过程分析RFPA系统,模拟研究了颗粒增强复合材料中的界面破裂过程及其对材料宏观力学性能的影响。所研究的复合材料由基体、颗粒和界面等三相材料单元组成。单元的破裂同时采用拉伸和剪切强度准则进行判断。分别研究了单颗粒和复杂多颗粒分布的情形。模拟结果不仅在应力场分布方面与MARC和ABAQUS等软件的分析结果一致,对于帮助理解颗粒增强复合材料的破坏机理具有重要意义。     

选区激光熔化制备颗粒增强金属基复合材料的研究进展

选区激光熔化是一种使用聚焦高能激光束熔化粉末,逐层叠加成形零件的增材制造方法.选区激光熔化可以直接制备复杂结构零件和实现近净成形,能够方便地通过粉末预混添加或原位反应实现颗粒增强金属基复合材料的控形控性,具有独特的技术优势,受到广泛关注.本文综述了选区激光熔化制备颗粒增强金属基复合材料的研究进展,总结了主要研究结果及存在的共性问题,并展望了选区激光熔化制备颗粒增强金属基复合材料的研究方向和发展趋势.通过总结分析,指出选区激光熔化制备颗粒增强金属基复合材料时,聚焦激光作用下形成的高温微小熔池凝固时间短,远远偏离平衡状态,凝固过程复杂,增强颗粒与基体间冶金反应剧烈,容易熔化、分解和溶解并对基体特性产生影响,进而影响成形后的复合材料的宏观形貌和组织、性能.除增强体成分、颗粒形貌与尺寸、体积分数外,复合材料的性能还受激光功率、扫描速度、扫描间距、粉层厚度、成形气氛等工艺参数的影响,粉末特性与工艺参数之间的交互作用复杂.因此,考察工艺参数与粉末特性之间的交互作用关系,系统研究增强体颗粒特性与成形工艺参数对复合材料宏观形貌、致密度、缺陷、组织和性能的影响规律,是实现复合材料组织结构设计和性能调控的基础.     

超声制备SiCp增强铝硅合金复合材料的磨损性能研究

研究使用功率超声制备SiCp颗粒增强铝基复合材料的新方法,并对所制得不同粒度SiCp的复合材料进行了组织分析和磨损性能的测试。实验结果表明,利用功率超声可以制备出颗粒在基体中均匀分布的复合材料,可增加SiCp的复合量,使SiCp与基体间润湿性良好。小粒度的SiCp颗粒增强复合材料较大尺寸的复合材料的耐磨性要好。