AlNP/Al和TiB2P/Al复合材料摩擦磨损性能研究

研究了油润滑条件下两种不同铝基复合材料及其基体合金的摩擦磨损性能,分析了增强体对材料摩擦磨损性能的影响以及相应的磨损机理.结果表明:油润滑条件下,随着摩擦时间的延长,AlNP/Al复合材料的摩擦系数由小变大趋于稳定;而TiB2P/LY12复合材料的摩擦系数却是由大变小趋于稳定,这主要与其摩擦过程中形成凹坑产生润滑油膜有关.由于增强体强度的增加,50%(体积分数,下同)TiB2P/Al复合材料的摩擦系数低于50%AlNP/Al复合材料,且耐磨性优于50%AlNP/LY12复合材料.增强相的加入显著提高了材料的耐磨性,使得复合材料的抗粘着能力明显优于基体合金.     

基体种类对混杂复合材料摩擦磨损性能的影响

研究了基体种类对SiC和石墨(Gr)颗粒混杂增强铝基复合材料的摩擦磨损性能的影响.各种铝基体的混杂复合材料的耐磨性有明显差异,纯铝基混杂复合材料具有最好的耐磨性,其次是A356,2024和6061为基体的混杂复合材料.     

基体各类对混杂复合材料摩擦磨损性能的影响

研究了基体种类对SiC和石墨（Gr)颗粒混杂增强铝基复合材料的摩擦磨损性能的影响。各种铝基体的混杂复合材料的耐磨性有明显差异,纯铝基混杂复合材料具有最好的耐磨性,其次是A356,2024和6061为基体的混杂复合材料。     

短碳纤维增强铝基复合材料的半固态加工

采用M40石墨纤维和LY12合金,挤压浸渗后半固态下直接充填成形,制备了短碳纤维增强铝基复合材料.研究了半固态加工对材料的组织与性能的影响及与固态塑性成形的区别.结果表明:半固态下加工碳纤维的纤维长度明显高于固态加工.材料强度也有较大的提高.     

挤压浸渗法制备Csf/Al复合材料的组织与性能

以M40石墨短纤维为增强体，LY12铝合金为基体，用挤压浸渗法制备了短碳纤维增强铝基复合材料，研究了浸渗工艺对复合材料的界面反应和组织与性能的影响，以及不同碳纤维体积分数下的常温及高温力学性能，结果表明，在冷却速度相同的情况下，浸渗温度即铝液的浇注温度对界面反应及复合材料的组织与性能影响较大，740～780℃时界面反应不明显或有轻微的界面反应，材料的性能较好．高于800℃时，碳纤维有氧化现象发生，材料的性能严重下降，甚至低于基体性能，随着碳纤维体积分数的增加，复合材料的常温及高温力学性能提高。     

铝/石墨复合材料高速高温下的摩擦磨损特性

本文研究了用中间法新工艺制造的铝石墨复合材料在高速高温下的摩擦磨损特性。试验在销盘式试验机上进行。滑动线速度最高达9.4米/秒。在2米/秒干摩擦时,所有测试的复合材料磨损量均小于基体合金。200℃时,含石墨2～5%的复合材料磨损量也此基体合金小。在9.4米/秒干摩擦时,含石墨2%的复合材料耐磨性能最好。以前曾有报导:滑动线速度大于1米/秒,铝石墨复合材料的磨损量大于基体合金[12,13]。本文认为新工艺制造的复合材料在9.4米/秒的高速摩擦时摩擦系数和磨损量下降是由于石墨与基体界面结合良好。      

石墨/铝复合材料制备中的关键问题及其对策

石墨/铝复合材料一般需要在高温下制备,石墨颗粒或纤维与铝基体均会发生不同程度的润湿作用和界面反应,形成不同结构的界面。两相之间的润湿性和界面反应对复合材料最终的性能起重要的作用,深入研究润湿机理及有效控制界面反应是获得高性能石墨/铝复合材料的关键。本文对石墨/铝复合材料的发展概况、制备工艺,制备过程中出现的界面问题、气孔缺陷等进行了分析与讨论,探讨了解决对策,展望了这种新型复合材料的应用前景。     

退火石墨/铝复合材料热物理性能

随着电子器件热流密度的不断增加,热聚集产生的热点问题严重影响电子器件性能和应用,急需开发高效热扩散材料。采用真空热压烧结工艺制备了以6061铝合金为基体材料,退火石墨(Annealed pyrolytic graphite,APG)为导热组元的高导热复合材料。探究了退火石墨表面Ti元素的改性处理对退火石墨/铝复合材料的微观结构、界面结合状况的影响规律,研究讨论了退火石墨/铝层厚比对复合材料整体热、力性能的影响。结果表明,经Ti元素改性处理的退火石墨材料与铝之间形成了干净、紧密结合厚度在400 nm的Al-Ti-C界面。当Al∶APG∶Al的层厚比为1∶3∶1时,复合材料面内方向热扩散系数达901 mm²·s^-1,所承载最大抗弯强度为141 MPa,具有优异的综合性能。     

热压烧结制备SiC增强石墨复合材料及其性能

以天然鳞片石墨为起始原料,SiC颗粒为增强相,采用热压烧结工艺制备了SiC增强石墨复合材料。研究了SiC含量对SiC增强石墨复合材料微观结构、力学性能和摩擦性能的影响。结果表明:SiC颗粒均匀分布在石墨基体中,降低了基体中的孔隙率;随着SiC含量增加,SiC增强石墨复合材料的相对密度和弯曲强度相应增加,开孔率显著降低,当SiC含量达到40vol%时,SiC增强石墨复合材料中形成了SiC网络骨架结构,相对密度达到了94.2%,比商品高强纯石墨材料提高了11.8%,弯曲强度达到了146 MPa,比商品高强纯石墨材料提高了147%;基体石墨保持了层状结构;SiC含量低于40vol%时,SiC增强石墨复合材料的摩擦系数随SiC含量的增加轻微增加,与纯石墨材料的摩擦系数相当,具有良好的摩擦性能。     

AlNp/LY1 2复合材料时效行为及微观组织

采用粒径为0.5μm和10μmAlN颗粒用挤压铸造法制备出两种体积分数为50％的AlNp/LY12复合材料,研究了两种材料的时效硬化行为及微观组织结构。结果表明：AlN颗粒的存在未改变基体合金的沉淀析出次序,但加速了基体合金的时效析出速率,且大颗粒的促进作用比小颗粒更明显。透射电镜观察表明,复合材料中基体内的位错密度高于基体LY12合金,并随增强体颗粒增大而增多,颗粒加入后引入的大量相界面和高密度位错是时效硬化速率加快的主要原因。     

两种粒径颗粒混合增强铝基复合材料的导热性能

选用粒径为20μm 和60μm 的SiC 颗粒, 采用挤压铸造方法制备了基体分别为工业纯铝L2 、LD11(Al-12 %Si) 和AlSi20 (Al-(18～21) %Si) 的复合材料, 研究了材料的导热性能。在等比表面积的基础上, 提出了等效颗粒直径的概念, 解决了两种粒径颗粒混合增强铝基复合材料导热率的预测问题。结果表明, SiC_P/ Al 复合材料具有较为优异的导热率, 且LD11 基与AlSi20 基复合材料的导热率大于基体合金的导热率, 这与颗粒的等效直径大于临界粒径且颗粒导热率大于基体导热率有关;但复合材料的导热率随着基体中Si 含量的增加而降低。     

SiCp/Al复合材料在航空航天领域的应用与发展

详细对比了铝合金、钛合金以及铝基复合材料的力学和物理性能,分析了铝基复合材料在航空航天领域应用的性能优势,总结了铝基复合材料在航空航天领域应用情况以及国内的研究现状,提出了铝基复合材料在航空航天领域的应用发展方向.     

The role of silicon in wetting and pressureless infiltration of SiCp preforms by aluminum alloys

Silicon plays an important role in the production of Al/SiC metal matrix composites. As an alloying element in aluminum, silicon retards the kinetics of the chemical reactions that result in the formation of the unwanted intermetallics Al₄C₃ and Al₄SiC₄. As a thin coating on silicon carbide, silicon becomes an active participant in a thermally activated chemical reaction that enhances wetting of silicon carbide by aluminum alloys. Consequently, Al/SiC composites made with siliconized silicon carbide and silicon rich aluminum alloys show mechanical properties that are significantly different from those of similar composites produced with unsiliconized silicon carbide or with aluminum alloys that do not contain silicon. It is shown that a silicon coating on SiC significantly enhances wetting of SiC particles by aluminum alloys, reduces porosity, does not affect the modulus of elasticity, but decreases the modulus of rupture of Al/SiC metal matrix composites.     

加载速率对点阵铝力学行为及吸能特性的影响

目的研究基体材料和加载速率对点阵铝力学性能和吸能特性的影响规律。方法针对工业纯铝、6063铝合金为基体的点阵铝在3种不同的加载速率下进行压缩力学试验。结果加载速率从2mm/min增加到250 mm/min时,点阵纯铝的屈服强度增加了2 MPa,点阵6063铝合金的屈服强度增加了7.6 MPa;加载速率从250 mm/min增加到500 mm/min时,点阵纯铝的屈服强度变化不大,而点阵6063铝合金的屈服强度增加了8.2 MPa;当加载速率一定时,点阵6063铝合金的屈服强度要大于点阵纯铝。结论点阵6063铝合金的力学性能和单位体积吸能随着加载速率的增大而增大,并且点阵6063铝合金的力学性能和吸能特性要大于点阵纯铝。     

碳纳米管增强镁基复合材料导热性能研究

镁及其合金是目前最轻的金属结构材料,合金化虽然提升了镁合金的力学性能,但导致其导热性能严重下降,限制了镁合金的应用。碳纳米管(CNTs)因具有优异的力学、热学等性能,是最理想的增强体之一,可以用于改善镁合金的力学性能和热学性能。采用粉末冶金法分别以纯Mg、Mg-9Al合金、Mg-6Zn合金为基体制备了不同CNTs含量的镁基复合材料,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜对复合材料微观组织、基体与增强体界面及析出相进行表征,并对复合材料的拉伸性能和热学性能进行测试。研究结果表明,当CNTs质量分数不超过1.0%时,可提高纯镁基复合材料的导热性能,力学性能仅有稍微降低;将CNTs添加到Mg-9Al合金中,可以促进纳米尺度β-Mg 17 Al 12相在CNTs周围析出,降低了Al在Mg基体中的固溶度,使CNTs/Mg-9Al复合材料的导热性能有所提高。此外,在CNTs/Mg-6Zn复合材料界面处存在C原子和Mg原子的相互嵌入区,这种嵌入型界面不仅有利于复合材料力学性能的提高,也使CNTs起到加速电子移动的“桥”的作用,有利于该复合材料热导率的提高。当CNTs质量分数为0.6%时,CNTs/Mg-6Zn复合材料具有较为优异的热学性能和力学性能,其热导率为127.0 W/(m·K),抗拉强度为303.0 MPa,屈服强度为204.0 MPa,伸长率为5.0%。     

颗粒尺寸对B4C增强铝基中子吸收材料界面反应与力学性能的影响

采用粉末冶金真空热压法制备了B₄C质量分数为31%、平均颗粒尺寸分别为6.5 μm、9.3 μm、17.3 μm、28 μm、39.5 μm的纯Al和6061Al基体的复合材料。对复合材料进行微观结构和力学性能检测,结果表明:所有复合材料的B₄C颗粒在基体中都均匀分布,且致密度都达到99%以上;对于纯Al基复合材料,随着颗粒尺寸增加,其致密度和塑性逐渐增加,强度逐渐下降;对于6061Al基复合材料,致密度随着颗粒尺寸的增加稍有降低,其强度和塑性受颗粒尺寸和热压温度共同影响,当热压温度610℃时,界面反应严重,随B₄C颗粒尺寸增加,强度先下降后上升,塑性先上升后下降;当热压温度580℃时,界面反应轻微,复合材料强度逐渐下降,塑性逐渐上升。颗粒尺寸、界面反应和基体材料等均影响B₄C增强铝基复合材料的力学性能。      

球磨工艺对原位合成碳纳米管增强铝基复合材料微观组织和力学性能的影响

将原位化学气相沉积法合成的碳纳米管(CNTs)与铝的复合粉末进行球磨混合,进而粉末冶金制备CNTs/Al复合材料,研究球磨工艺对复合材料的微观组织和力学性能的影响。结果表明:球磨过程中不添加过程控制剂所得到的复合材料力学性能优异;随着球磨时间的增加,CNTs逐步分散嵌入铝基体内部,复合材料的组织也变得更加致密均匀。CNTs/Al复合材料的硬度和抗拉强度均随球磨时间的延长持续增加,但是伸长率先增后减。经90min球磨的CNTs/Al复合材料展现了强韧兼备的特点,其硬度和抗拉强度较原始纯铝提高了1.4倍和1.7倍,并且具有17.9%的高伸长率。     

硼酸铝晶须增强6061 铝复合材料的界面改性

采用溶胶凝胶C₂Al₂O₃ 涂层涂覆硼酸铝晶须方法来改善硼酸铝晶须增强6061Al 复合材料的界面性能。结果表明: 试验采用的涂覆工艺可以在硼酸铝晶须表面获得40 nm 厚的氧化铝涂层。硼酸铝晶须与铝合金基体在压铸过程中生成的几乎连续的脆性尖晶石产物使晶须连续性结构损伤严重。C₂Al₂O₃ 涂层虽然不能完全阻止界面反应的发生, 但是却有效地抑制了尖晶石界面反应, 保持了硼酸铝晶须的结构完整性。     

Spray forming of aluminum alloys and its composites: an overview

In this article, the work that has been carried out in the area of spray forming of aluminum alloys and its composites has been summarized. The developments that had taken place in the past two decades in this area have been presented. Most of the researchers have investigated on the microstructural properties of these alloys and their composites. In this article, main emphasis was given to the microstructures, wear characteristics, and mechanical properties of as-cast and as-sprayed aluminum alloys. Also, this article is designed to provide the microstructures of as-cast and as-sprayed aluminum-15% silicon alloy. The microstructure of as-sprayed alloy has invariably indicated equiaxed grains throughout the deposit and has been observed that the Si particles are uniformly distributed in the Al matrix. Spray forming offers a combination of low cost manufacturing with enhanced properties and performance. As such it has emerged as a key competitor for existing technologies such as conventional casting, ingot metallurgy, and powder metallurgy.     

Al2O3@Y3Al5O12纳米短纤维对铝合金基复合材料的增强作用

采用一种具有芯-壳结构的复合纳米纤维增强铝合金复合材料,可以在提高抗拉强度的同时增加塑性。通过真空热压烧结技术制备了Al₂O₃@Y₃Al₅O₁₂复合纳米短纤维增强2024铝合金复合材料。研究了纤维添加质量分数对复合材料致密度、硬度、抗拉强度及延伸率的影响;并探究了芯-壳结构在复合材料增韧中的作用。结果表明:Al₂O₃@Y₃Al₅O₁₂纳米短纤维具有良好的分散性,在超声分散及机械搅拌混粉后均匀吸附在铝合金颗粒表面,无分层及团聚现象;经热压烧结后,Al₂O₃@Y₃Al₅O₁₂纳米短纤维以短纤维形态均匀分散在铝合金基体内,少量添加Al₂O₃@Y₃Al₅O₁₂纳米短纤维起到了桥联和孔洞填充作用,使复合材料致密度和硬度提高;添加质量分数为1wt%时,抗拉强度和延伸率取得最大值,由铝合金的249.3 MPa、2.9%增加到299.1 MPa、4.3%。Al₂O₃@Y₃Al₅O₁₂纳米短纤维的添加可以细化晶粒,阻碍裂纹扩展,且在拔出/断过程中Al₂O₃@Y₃Al₅O₁₂纳米短纤维芯-壳结构的塑性变形起到了增强增韧作用。