SiC颗粒增强铝基复合材料的研究进展

简要介绍了SiC颗粒增强铝基复合材料的优点及几种制备方法,包括搅拌法、浸渗法、喷射法、粉末冶金法和固液分离法;并对其后热变形加工参数对复合材料的性能影响进行了论述;最后,展望了粉末冶金法制备铝基复合材料的发展前景。     

SiC颗粒增强铝基复合材料制备工艺的发展现状

综述了SiC颗粒增强铝基复合材料的搅拌法、粉末冶金法、挤压铸造法、喷射沉积法、高能超声半固态复合法和高能球磨法等制备工艺的原理、特点、应用及其最新研究进展,并展望了未来的发展方向。     

SiC颗粒增强铝基复合材料拉伸性能的研究

研究了颗粒增强铝基复合材料的室温拉伸性能与断裂机理。结果表明,由于材料变形的区域化及残余应力的存在,使应用传统的测量均匀材料强度的方法来测量颗粒增强金属基复合材料(PRMMCs)强度会产生一定的误差。断口分析显示,PRMMCs的断裂也属于MNG断裂模式。     

双尺度SiC颗粒增强铝基复合材料的研究

采用粉末冶金真空热压烧结法制备了双尺度(纳米、微米)混杂SiC颗粒增强铝基复合材料,并研究其微观组织、密度、硬度及耐磨性。结果表明,微米SiC与基体界面结合较好,分布均匀,没有明显的团聚现象;当纳米SiC质量分数为3%,微米SiC质量分数在0~20%之间时,复合材料的相对密度、硬度、耐磨性均先提高后降低;当微米SiC含量为15%,纳米SiC含量在0~4%之间变化时,复合材料的性能不断提高;微米纳米混杂颗粒增强、单一微米颗粒增强、单一纳米颗粒增强复合材料的最大硬度分别是78.9 HV、70.7 HV、65.8 HV,比基体分别提高56.86%、40.56%、30.81%,耐磨性分别是基体的2.29倍、1.39倍、1.23倍。     

SiC颗粒增强铝基复合材料的磨损特性

铝基复合材料质轻,性能优异,已成为金属基复合材料中最有代表性的品种。铝基颗粒复合材料作为复合材料的一个分支正在快速发展,目前采用的制备方法有粉末冶金和铸造等。制得的颗粒增强铝基复合材料不仅重量轻、强度高,而且耐磨性能好,特别适于作为抗磨材料制造活塞、轴瓦等零件。本文研究了 SiC 颗粒增强铝基(ZL102)复合材料的真空热压工艺和磨损性能,结果表明,用真空热压     

SiC颗粒增强铝基复合材料的制备工艺和性能研究

采用粉末冶金法制备SiCp/6061Al复合材料,研究热压温度、球磨工艺参数和SiC颗粒(SiCp)体积分数对SiC颗粒增强铝基复合材料性能的影响,测试其力学性能及物理性能,用扫描电镜对材料的微观组织和断口进行观察。结果表明:540℃是较适合的热压温度;随着SiCp含量的增加,复合材料的致密度、热膨胀系数下降,抗拉强度先提高后迅速降低。     

SiC颗粒及晶须增强铝基复合材料的比较研究

研究了用粉末冶金法制备碳化硅颗粒(SiC_p)及晶须(SiC_w)增强铝基复合材料的组织和性能,SiC_p 对基体流变应力的贡献高于 SiC_w,这是由于大部分 SiC_w 偏聚,未起到增强作用。估算发观,SiC_w 的偏聚量为全部加入量的3/4。SEM 观察发现,在断口表面的孔洞附近有大量的 SiC_w,而 SiC_p/Al 中类似孔洞很少。TEM 对其微观结构的观察发现 SiC_w、SiC_p 附近的位错密度很高,在较远的区域位错密度则低得多,对加工硬化贡献的不同是由于 SiC_w、SiC_p 加入后带来的位错密度增加量的不同。     

单一纳米及纳/微米SiC混合颗粒增强铝基复合材料研究

通过真空热压工艺制备了单一纳米及纳/微米SiC混合颗粒增强的Al-Si复合材料,研究了SiC颗粒的加入对复合材料的组织、致密度及硬度的影响。结果表明:纳米SiCp/Al-Si复合材料与基体合金相比晶粒细化,随着纳米SiC含量的增加,纳米SiCp/Al-Si复合材料的硬度、致密度都是先增大后减小,当纳米SiC含量为3%时硬度取得最大值64.4HV,较基体材料提高了28.8%;用扫描电镜对纳/微米SiCp/Al-Si复合材料的组织、形貌进行观察,发现微米SiC颗粒与基体合金结合紧密,界面无明显反应物生成。纳米SiC含量为3%时,随着微米SiC含量的增加,纳/微米SiCp/Al-Si复合材料的硬度、致密度都是先增大后减小,当增强颗粒含量为3%SiCnm+15%SiCμm时硬度取得最大值76.7HV,较基体材料提高了53.4%。     

纳米SiC颗粒增强2024铝基复合材料的力学性能研究

采用粉末冶金法制备了1%(体积分数)纳米SiC颗粒增强2024铝基复合材料,并研究了其力学性能。实验结果表明,1%纳米SiC颗粒增强2024铝基复合材料具有优良的室温力学性能,并且在200℃时表现了较好的高温性能,在315℃时强度下降。研究表明,纳米SiC可以增加增强粒子的表面积,减小增强粒子的颗粒间距,使大量弥散分布的纳米SiC颗粒起到钉扎位错的作用,而且可以细化2024铝基体的晶粒,因而表现了良好的力学性能。     

双尺度SiC颗粒增强铝基复合材料制备工艺研究

通过粉末冶金真空热压烧结法制备双尺度(纳米、微米)混杂SiC颗粒增强铝基复合材料,研究不同烧结温度和压力对复合材料的组织、密度、硬度及耐磨性的影响。试验结果表明:SiC颗粒在复合材料基体中分布均匀,基体与增强体界面结合较好。随着烧结温度和压力的增高,复合材料的致密度、硬度、耐磨性均先增大后减小,最佳烧结温度和压力分别为460℃和30 MPa,微纳米混杂颗粒增强、单一微米颗粒增强、单一纳米颗粒增强复合材料的硬度分别是76.6 HV、70.7 HV、62.75 HV,比基体分别提高52.4%、40.6%、24.8%,耐磨性分别是基体的2.22倍、1.71倍、1.42倍。     

Acoustic emission during fatigue crack propagation in SiC particle reinforced Al matrix composites

The acoustic emission (AE) behavior during fatigue propagation in aluminum 6061 and aluminum 6061 matrix composites containing 5, 10, and 20 wt pct SiC particle reinforcement was investigated under tension-tension fatigue loading. The purpose of this investigation was to monitor fatigue crack propagation by the AE technique and to identify the source(s) of AE. Most of the AEs detected were observed at the top of the load cycles. The cumulative number of AE events was found to correspond closely to the fatigue crack growth and to increase with increasing SiC content. Fractographic studies revealed an increasing number of fractured particles and to a lesser extent decohered particles on the fatigue fracture surface as the crack propagation rate(e.g., †K) or the SiC content was increased. This article is based on a presentation made in the symposium entitled “Creep and Fatigue in Metal Matrix Composites” at the 1994 TMS/ASM Spring meeting, held February 28–March 3, 1994, in San Francisco, California, under the auspices of the Joint TMS-SMD/ ASM-MSD Composite Materials Committee.     

纳米SiC增强纯Al基复合材料的微观组织和力学性能

与采用微米尺度SiC颗粒为增强相制备的Al基复合材料相比,以纳米SiC颗粒为增强相制备的Al基复合材料具有更加优异的力学性能,可极大提高SiC增强Al基复合材料的服役可靠性及应用范围。采用传统粉末冶金方法制备纳米SiC颗粒增强纯Al基复合材料,研究烧结温度和增强相体积分数对复合材料微观结构和力学性能的影响。研究表明,烧结温度和增强相体积分数均对复合材料的微观结构和力学性能有重要影响。随烧结温度升高,复合材料中的残留微孔减少,密度和强度均得到显著提高。含体积分数为3%纳米SiC颗粒的复合材料在610℃具有最高的强度,进一步提高纳米SiC颗粒的含量并不能提高材料的力学性能,这主要是由于当纳米SiC颗粒的体积分数超过3%时将出现明显的团聚,从而降低强化效应。     

Mechanical behavior and microstructure characterization of sinter-forged SiC particle reinforced aluminum matrix composites

A novel, low-cost sinter-forging approach to processing particle reinforced metal matrix composites for high-performance applications was examined. The microstructure of the sinter-forged composites exhibited relatively uniform distribution of SiC particles, which appeared to be somewhat aligned perpendicular to the forging direction. The degree of alignment and interparticle bond strength was not as high as that observed for the extruded composite. The sinter-forged composite exhibited higher Young’s modulus and ultimate tensile strength than the extruded material, but lower strain-to-failure. The higher modulus and strength were attributed to the absence of any significant processing-induced particle fracture, while the lower strain-to-failure was caused by poorer matrix interparticle bonding compared to the extruded material. Fatigue behavior of sinter-forged composites was similar to that of the extruded material. Fe-rich inclusions were extremely detrimental to fatigue life. Cleaner processing, which eliminated the inclusions, enhanced the fatigue life of the sinter-forged composites to levels similar to that of the extruded material.     

SiC颗粒增强Al基复合材料的研究现状与进展

综述了SiC颗粒增强Al基复合材料的主要制备方法,总结出最常用的几种,包括:粉末冶金法、搅拌铸造法、浸渗法。重点论述了粉末冶金法的研究现状;归纳了SiCp/Al界面结构类型和界面反应,提出了控制有害界面反应的有效措施;分析了SiCp/Al复合材料主要的热处理强化机制,结合众多研究内容,提出了Al基复合材料微观组织和性能的影响因素以及SiC颗粒增强Al基复合材料研究进展中存在的问题。     

CNTs增强铝基复合材料研究现状

综述制备CNTs增强铝基复合材料的主要方法,分析各种制备方法的工艺特点并综合讨论各种制备方法的优点与不足之处,列举CNTs增强铝基复合材料包括力学性能在内的多个主要特性相较传统铝合金的优势所在,展望CNTs增强铝基复合材料的发展前景.      

超细SiC增强纯铝基复合材料显微组织与力学性能的研究

采用平均粒径为800nm的超细SiC颗粒作为增强体,制备含SiC体积分数为15%的铝基复合材料,研究烧结温度和强压处理对复合材料微观组织和力学性能的影响。研究表明,提高烧结温度可有效加速复合材料的致密化,与520℃下烧结制备的复合材料相比,610℃下烧结制备的复合材料具有更高的密度和较低的孔隙度,从而具有更高的硬度。610℃下烧结制备的复合材料的硬度为83.9HBS,远高于520℃烧结制备的复合材料的硬度(53.7HBS)。这主要是由于烧结温度的提高可加速原子扩散,有利于Al粉之间以及Al粉与SiC颗粒之间的结合,并改善界面结合情况。研究还表明,强压处理可以有效提高复合材料的致密度和降低孔隙的体积分数,610℃下烧结制备的复合材料经强压处理以后的密度为2.68g/cm3,接近于理论密度(2.78g/cm3),且硬度可达121HBS,抗拉强度、屈服强度和伸长率分别可达177.6MPa、168.6MPa和3.97%。     

碳纤维增强铝基复合材料的研究现状

碳纤维增强铝基复合材料同时具备了增强材料和金属材料的优良特性,具有高强度、高模量、高耐磨性等特征,并且可以在导热、导电和高温下提供高强度、高弹性系数和高尺寸强度,在航空航天、汽车等行业的应用方面表现出巨大的发展空间.介绍了几种制备碳纤维增强铝基复合材料方法,从制备工艺、微观组织、力学性能等方面评述了制备的关键问题和研究...     

非连续相混杂增强金属基复合材料的研究进展

论述了非连续增强金属基复合材料的研究概况,简要介绍了非连续相混杂增强金属基复合材料常用的几种制备方法,包括搅拌熔铸法、压力铸造法、无压浸渗法、喷射沉积法、粉末冶金法、原位反应法等,同时对常见的3种增强体的混杂类型:颗粒+颗粒、短纤维+晶须(短纤维)、颗粒+晶须(短纤维)增强金属基复合材料的性能和国内外研究现状进行了综述,指出了非连续相混杂增强金属基复合材料存在的问题,并对其今后的发展进行了展望。     

混料时间和挤压对SiC增强纯Al基复合材料显微组织和力学性能的影响

采用粉末冶金法制备SiC颗粒增强工业纯Al基复合材料,研究混料时间和挤压对复合材料显微组织和力学性能的影响。研究表明:机械混粉过程存在最佳的混料时间,混料时间为16 h时SiC颗粒分布均匀,复合材料的密度高、力学性能好。挤压可以改善复合材料的界面结合强度、减少孔洞的数量,从而提高材料的致密度和力学性能。烧结态复合材料的断裂机制以基体的脆性断裂以及增强相与基体的界面脱粘为主。挤压态复合材料的断裂以基体的韧性断裂以及SiC颗粒的脆性断裂为主,伴随着少量的基体与SiC颗粒的界面脱粘。