采用搅拌摩擦焊方法制备的非晶增强铝基复合材料的微观组织分析

利用金相、EDS、XRD及TEM试验等对采用源于搅拌摩擦焊方法的搅拌摩擦加工技术制备的非晶增强铝基复合材料的微观组织结构进行试验分析.结果表明,非晶增强体与基体5A06铝合金经过搅拌摩擦加工过程充分的搅拌作用,获得了层状混和组织结构.复合材料中存在大量的90~400 nm纳米级组织,主要由-αA l与-αA l非晶组织构成.纳米级组织的存在有助于复合材料性能的提高,而非晶结构的存在表明非晶增强体在搅拌摩擦加工过程中并未完全晶化.     

搅拌摩擦加工制备石墨烯/Al复合材料的界面微观结构

以纯净石墨烯为原料,采用搅拌摩擦加工法制备石墨烯/Al复合材料,主要通过透射电镜等手段观察分析复合材料石墨烯?Al的两种界面,即石墨烯平面?Al、石墨烯边缘?Al的界面微观结构,并对界面形成机制进行了分析。结果表明:石墨烯平面?Al界面清晰,是典型的机械结合界面;而石墨烯边缘?Al界面存在过渡,且在其附近偶尔还发现Al4C3的分布,此区域主要以扩散结合并可能具有部分反应(扩散+部分反应)的界面形式存在。复合材料的界面形成机制与石墨烯不同位置的C原子活性有关,平面内C原子的大π共轭结构使其高度惰性,形成机械结合界面;而搅拌摩擦加工过程对石墨烯的破坏主要发生在边缘,由于C—C键合被破坏,石墨烯边缘活泼的C原子与Al基通过C—Al原子的相互作用而形成扩散+部分反应的过渡界面。     

Microstructure and wear performance of Al5083/CeO2/SiC mono and hybrid surface composites fabricated by friction stir processing

Friction stir processing (FSP) was utilized to produce surface composites by incorporating nano-sized cerium oxide (CeO₂) and silicon carbide (SiC) particles individually and in combined form into the Al5083 alloy matrix. The study signified the role of these reinforcements on microstructure and wear behavior of the resultant surface composite layers. The wear characteristics of the resultant mono and hybrid surface composite layers were investigated using a pin-on-disc wear tester at room temperature. The microstructural observations of FSPed regions and the worn out surfaces were performed by optical and scanning electron microscopy. Considerable grain refinement and uniform distribution of reinforcement particles were achieved inside the nugget zone. All the composite samples showed higher hardness and wear resistance compared to the base metal. Among the composite samples, the hybrid composite (Al5083/CeO₂/SiC) revealed the highest wear resistance and the lowest friction coefficient, whereas the Al5083/SiC composite exhibited the highest hardness, i.e., 1.5 times as hard as that of the Al5083 base metal. The enhancement in wear behavior of the hybrid composites was attributed to the solid lubrication effect provided by CeO₂ particles. The predominant wear mechanism was identified as severe adhesive in non-composite samples, which changed to abrasive wear and delamination in the presence of reinforcing particles.     

《搅拌摩擦加工制备GNPs/Al复合材料的微观结构与力学性能》

本文以纯铝为基体,利用搅拌摩擦加工(FSP)制备GNPs/Al复合材料,研究了复合材料基体组织、增强相与界面等微观结构与力学性能,探讨了其增强机理。结果表明,添加GNPs并经FSP后复合材料基体晶粒得到明显细化且晶界由小角度为主转变为大角度为主;FSP制备过程致使GNPs片层一定程度剥离的同时,较大片径的GNPs被破碎而形成众多边缘缺陷,使其易发生Al-C原子扩散,结果在GNPs边缘与基体形成界面过渡;GNPs加入量约1.8vol%时,复合材料的屈服强度和抗拉强度达到72MPa和147MPa,较同等条件FSP的基体分别提高了89.5%和79.3%,理论计算界面载荷传递、Orowan和细晶强化依次是复合材料的主要增强机制;随着GNPs加入量的增加,复合材料屈服强度实验值与理论值的增长趋势一致,且偏差也略有提高,但可能因GNPs在复合材料中的杂乱排布,界面载荷传递强化不能充分发挥,实际的复合材料屈服强度与理论值尚有差距。     

搅拌摩擦焊接工艺参数对AA6061-B4C焊接接头抗拉强度的影响（英文）

搅拌摩擦焊(FSW)是一种固态连接技术,可用来连接高强度铝合金及多种陶瓷颗粒增强金属基复合材料(MMCs)。搅拌摩擦焊获得的陶瓷增强金属基复合材料焊缝优良,在增强体与基体间没有发生有害反应。对搅拌摩擦焊接工艺参数对AA6061-B4C焊接接头抗拉强度的影响进行研究。采用4因素5水平的中心复合设计来控制实验的次数。构建一数学模型来分析搅拌摩擦焊工艺参数对接头抗拉强度的影响。结果表明,在旋转速度1000r/min、焊接速度1.3mm/s、轴向力10kN、增强相含量12%的条件下,搅拌摩擦焊得到的焊接接头的抗拉强度最大。根据构建的模型采用广义简约梯度算法进行优化以得到最大的抗拉强度。金相分析表明,在焊接接头中出现了多种区域,如焊合区、热力影响区和热影响区。在焊合区观察到大量的被细化的铝基体晶粒以及粒径明显减小的B4C颗粒。在热力影响区出现塑性变形、热影响和被拉长的铝晶粒。     

多道次搅拌摩擦加工AZ31镁合金宽板的组织与性能

通过重叠率为0.5的多道次搅拌摩擦加工(Multi-pass friction stir processing,MFSP)成功制备出了无缺陷的AZ31镁合金宽板,对板材的组织、宏观织构、各方向的拉伸性能及断口形貌等进行了测试分析。结果表明,由于搅拌区的动态再结晶作用,板材的晶粒尺寸从165μm细化到12.9μm,细化效果显著。与轧制母材相比,MFSP宽板的抗拉强度与屈服强度有所下降,但是塑性得到了明显提高,加工方向伸长率由16%提高到46.6%,垂直于加工方向的样品伸长率由16%提高到24.4%。板材的力学性能存在一定的各向异性,通过断口观察发现这可能与多道次加工的不均匀过渡区有关。     

多次搅拌下SiC颗粒增强铝基复合层组织与性能

采用搅拌摩擦加工制备SiC颗粒增强铝基复合材料,研究搅拌次数对复合层晶粒尺寸、硬度、拉伸及磨损性能的影响。结果表明,搅拌加工时添加SiC颗粒可提高复合层的硬度、耐磨性,但会降低其强度。随着搅拌次数的增加,复合材料硬度得到提高,添加SiC颗粒的试样经4道次搅拌后搅拌区平均硬度130 HV,而未添加颗粒时为118 HV。添加颗粒试样搅拌4次后,抗拉强度比搅拌1次试样强度明显提高,可达360.6 MPa,可达铝合金母材的68.5%。添加颗粒能够提高复合层的耐磨性,未添加颗粒时复合层摩擦系数为0.6,相比添加颗粒时仅为0.5。随着搅拌次数的增加,搅拌区晶粒细化程度得以提高,SiC颗粒分布更加均匀。     

搅拌速度对搅拌摩擦工艺制备的Cu/B4C表面复合材料显微组织和滑动磨损行为的影响（英文）

采用搅拌摩擦工艺合成Cu/B4C表面复合材料,并分析搅拌速度对该复合材料显微组织和滑动磨损行为的影响。搅拌速度以200 r/min从800变化至1200 r/min,横向速度、轴向力、沟槽宽度及搅拌头外形保持不变。采用光学和扫描电子显微镜对所制备表面复合材料的显微组织进行观察。采用销盘滑动磨损试验装置研究该表面复合材料的滑动磨损性能。结果表明:搅拌速度对表面材料的面积和B4C颗粒的分布具有显著影响。在较高的搅拌速度下此复合材料中B4C颗粒分布均匀;而在低搅拌速度下B4C颗粒分布均匀性较差。此外,本文报道搅拌速度对复合材料的颗粒尺寸、硬度、磨损率、磨损表面和磨屑的影响。     

La2O3含量对搅拌摩擦加工制备Ni /Al复合材料组织和性能的影响

采用搅拌摩擦加工方法在Al基体中添加不同La₂O₃含量的混合粉末(Ni+La₂O₃),制备 (Ni+La₂O₃)/Al复合材料。采用SEM、EDS、 EPMA及XRD对复合区微观结构及相组成进行分析,采用室温拉伸试验对 (Ni+La₂O₃)/Al复合材料力学性能进行了测试。结果表明,随着La₂O₃含量的增加,(Ni+La₂O₃)/Al复合材料的组织和性能先变好后变差。当La₂O₃添加量达到5%时,复合材料中Al₃Ni增强颗粒分布均匀、颗粒数量最多,块状的Ni粉团聚减少,其抗拉强度达到最大值215MPa,相比Ni/Al复合材料(抗拉强度176MPa),其抗拉强度提高了22%;当La₂O₃的添加量为7%时,复合材料中Al₃Ni增强颗粒含量减少,块状Ni粉团聚重新出现,抗拉强度下降至201MPa。     

搅拌摩擦加工制备纳米RE/Al2O3增强铝基复合材料

铝基复合材料因其优异的物理性能及机械性能已得到广泛应用.文中通过在2219-O铝合金内部添加不同比例的RE/Al₂O₃纳米粉末,利用搅拌摩擦加工技术,制备铝基复合材料.并对搅拌区进行金相、拉伸、硬度、SEM,EDS和XRD等试验.结果表明,搅拌区金属在搅拌头强烈的搅拌摩擦作用下发生显著的塑性变形和连续动态再结晶,形成细小的等轴晶粒,并具有明显的洋葱环组织.复合材料的抗拉强度为母材的163%、屈服强度为母材的195%,同时硬度也明显增加.但是不同稀土比例对金属基复合材料的组织形貌和力学性能影响不大.大块复合材料制备过程粉末添加及隧道型缺陷的控制是关键.