提高复合挤压铸造Al/Al-Cu双金属宏观复合材料界面结合的新方法（英文）

开发一种简便的提高复合挤压铸造Al/Al-4.5wt.%Cu双金属复合材料界面结合的新方法,并研究该方法对此双金属的显微组织和力学性能的影响。在挤压铸造Al-4.5wt.%Cu的内表面机加工一种特殊的同心槽图案,利用ProCAST和ANSYS软件对双金属构件界面区域的传热、凝固和产生的应力分布进行数值模拟,并进行实验验证。模拟结果表明,表面沟槽尖端完全熔化,沿界面产生较大的局部应力梯度场,这会导致插入界面的氧化铝层破裂,促进双金属组分的扩散结合。显微组织表征证实双金属界面存在明显的过渡区。通过加工表面图案,双金属的平均过渡区厚度和抗拉强度分别显著增加到375μm和54MPa。因此,该方法是一种经济可行的复合挤压铸造铝-铝宏观复合双金属的方法,不需要提前对固体镶块进行任何成本和时间密集型的化学或涂层处理。     

等径角挤压层状复合材料的扩散连接（英文）

研究了等径角挤压层状复合材料的微观组织、扩散和机械结合行为以及显微硬度分布。在室温和高温(300°C)下采用1～4道次等径角挤压工艺制备Al-Cu和Cu-Ni层状复合材料。扫描电镜微观结构表征及抗剪强度试验结果表明,由于在等径角挤压过程中具有更高的塑性变形容忍度,4道次等径角挤压试样层片材料之间的结合强度远远高于1道次样品。此外,剪切强度数据表明,升高等径角挤压温度会使试样的剪切强度显著增加,这主要是由于Al/Cu和Cu/Ni界面在高温下形成了扩散连接。等径角挤压Cu/Ni/Cu复合材料的高温剪切结合强度明显高于等径角挤压Cu/Al/Cu复合材料。     

封闭锻造挤压镁合金同步提高强度和塑性（英文）

介绍一种用于AZ31镁合金的新型连续塑性工艺,即闭式锻造挤压。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、电子背散射衍射和拉伸和压缩试验研究合金微观结构的演变和强化机制。结果表明,该工艺可以促进动态再结晶,消除粗大的未动态再结晶晶粒区域,有效细化晶粒,并提高合金的强度、塑性和各向异性。晶粒细化主要归功于应力,促进再结晶的形核并细化组织。完全再结晶的超细晶组织同时提高了强度和塑性。经过60 s封闭锻造和连续挤压后,合金表现出较高的力学性能,其拉伸屈服强度、抗拉强度、抗压强度、伸长率和屈服不对称性分别为305 MPa、337 MPa、295 MPa、27%和0.97。     

热挤压制备BaTiO_3/Al复合材料的阻尼性能(英文)

为了开发新型高阻尼金属基复合材料,以高温烧结后的大晶粒钛酸钡(BaTiO3)陶瓷作为增强体,通过粉末冶金和热挤压方法制备钛酸钡颗粒增强铝基复合材料,并研究其阻尼特性和力学特性。动态力学分析结果表明,大晶粒钛酸钡陶瓷本身具有很好的阻尼性能,阻尼值可达0.12。但在纯铝基体中加入质量分数为10%BaTiO3制备的BaTiO3/Al复合材料的室温阻尼性能和铝基体相比并无明显改善,而450K以上的阻尼性能由于界面附近的位错运动而大幅度提高。钛酸钡增强体的本征阻尼性能未能充分发挥的原因在于钛酸钡颗粒与铝基体之间的界面结合不良,导致钛酸钡颗粒内部的能量耗散机制无法触动。复合材料的拉伸性能比相应纯铝基体的提高了42%,这意味通过改善界面结合和加入高含量的碳酸钡阻尼增强颗粒,有望获得高强度高阻尼金属基复合材料。     

四边简支共固化复合材料阻尼结构的动力学性能研究（英文）

嵌入式共固化复合材料阻尼结构具有阻尼性能优良、抗老化、不脱落、耐疲劳等优点,在设施农业、机床制造业、航空航天、建筑等技术领域具有广阔的应用前景。应用模态应变能法研究了共固化复合材料阻尼结构各层的应变能,并计算了结构的一阶模态国有频率和损耗因子,得到了一阶固有频率和损耗因子随阻尼层厚度变化的规律。结果表明:当薄板总厚度不变时,增加阻尼层的厚度可以使一阶固有频率减小,模态损耗因子随着阻尼层厚度的增大而增大,阻尼层较厚时,一阶固有频率和模态损耗因子对阻尼层厚度的变化不再敏感;当复合材料层厚度不变时,一阶固有频率随着阻尼层厚度的增大而减小,增加阻尼层的厚度可以使损耗因子增大,阻尼层厚度较厚时,阻尼层厚度的变化对一阶固有频率和损耗因子的影响较小;当薄板总厚度不变,较复合材料层厚度不变,阻尼层较厚时对损耗因子的影响更小。     

Al/Cu双金属复合材料在液固复合铸造过程中的组织和性能（英文）

采用化学镀法在纯铜基体上镀上镍-磷镀层,并通过液固复合铸造工艺制备Al/Cu双金属材料。研究不同工艺参数(结合温度、预热时间)下Al/Cu接头的显微组织、力学性能和导电性能。结果表明,各种金属间化合物在界面处形成,其厚度和种类随结合温度和预热时间的增加而增加。Ni-P夹层发挥了扩散阻碍层和保护膜的作用,有效地减少了金属间化合物的形成。Al/Cu双金属复合材料的剪切强度和电导率随金属间化合物厚度的增加而减小,特别地,Al_2Cu相的不利影响相比其他金属间化合物更加明显。在780°C预热150 s条件下制备的试样表现出最大的剪切强度和电导率,其值分别为49.8 MPa和5.29×10~5 S/cm。     

挤压工艺制造铜基复合材料的力学性能（英文）

碳纳米管因具有优异的电学、力学和热力学性能而被应用于各个领域。利用挤压工艺球磨Cu-CNT粉末制造复合材料,根据CNT的含量评估Cu-CNT复合材料的力学性能。采用行星式球磨机在500 r/min下混合分散CNT(1%,5%和10%)、铜(d=100 nm)、氧化锆球(90 g)和乙醇(20 m L)5 min。用铜制造直径50 mm、长100 mm的坯锭,在单轴压力下将复合材料粉末填入坯锭。在挤压过程中,坯锭在880°C下加热1 h后,坯锭负载200 t,得到圆棒状样品。采用粒度分布仪测量复合材料的粒度,同时采用SEM观察挤压样品的表面组织。使用压痕仪测量的力学性能随着CNT含量的增加而提高。Cu-CNTs复合材料的屈服强度、抗拉强度和硬度明显提高。     

热处理对30%SiCp/Al复合材料阻尼性能的影响

采用真空热压烧结法制备30%SiCp/2024Al复合材料以改善2024铝合金的阻尼性能，通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、能谱仪(EDS)、高分辨透射电镜(HRTEM)等对复合材料热处理前后的微观组织进行了表征。采用动态热机械分析仪(DMA)研究其热处理前后的阻尼特性。结果表明：热压烧结制备的复合材料界面结合良好，无界面反应，存在许多粗大析出相颗粒，经热处理之后，纳米析出相弥散分布在基体中，可提高复合材料的阻尼性能。30%SiCp/Al复合材料的阻尼性能随温度和应变量的升高而增大，储能模量随温度和应变量的升高而降低。热处理态复合材料中大量弥散的纳米析出相颗粒增加了界面的数量，使界面阻尼增加。复合材料的阻尼机制为位错阻尼、晶界阻尼和界面阻尼。晶界阻尼对温度敏感，大量的界面、晶界可以明显改善复合材料的高温(大于250℃)储能模量，从而改善30%SiCp/Al复合材料的阻尼性能。     

SiC_p/2024Al复合材料界面的表征及评价（英文）

采用粉末冶金方法制备体积分数为35%的Si Cp/2024 Al复合材料。利用高分辨透射电镜对复合材料中Si Cp与Al基体、析出相与Al基体之间的界面微结构进行表征,采用拉伸弹性模量和布氏硬度测试对界面状况进行评估。结果表明,所得复合材料中Si C与Al的界面整体状况良好。复合材料中SiC/Al界面分为3种类型:大部分干净界面、少量轻微反应型界面以及极少量的非晶层界面。在干净界面中,Si C和Al的结合机制为紧密原子匹配形成的半共格界面,且Si C和Al无固定或择优的取向关系。在轻微反应型界面中,MgA l2O4尖晶石与Si C和Al均形成半共格界面,作为中间媒介很好地连接Si C和Al。复合材料经510°C固溶2 h再在190°C时效9 h后,许多圆盘状纳米析出相和棒针状纳米析出相弥散分布于基体中,且与基体的界面为错配度较小的半共格界面。此时,复合材料的布氏硬度达到峰值。     

轧制与退火处理对粉末冶金Cu/Invar电子封装复合材料结构和性能的影响（英文）

对粉末冶金制备的Cu/Invar复合材料,进行变形量至70%的轧制及750°C退火处理,研究在此工艺过程中复合材料物相、组织结构及性能的变化。研究结果表明,轧制和退火处理后的Cu/Invar复合材料中体心立方(BCC)α-Fe(Ni,Co)相明显减少,部分Ni原子从Cu中脱溶,并溶入α-Fe(Ni,Co)中,促使其向面心立方(FCC)的Invar合金转变。Cu/Invar复合材料的轧制变形过程分为3个阶段:当变形量小于40%时,Cu发生塑性变形,Invar颗粒随之发生位移,且颗粒间的气孔逐渐被压合;当变形量为40%~60%时,Invar合金和Cu发生协调变形,形成流线形结构;当变形量大于60%时,以Invar的变形为主,形成双连续网络状结构。经过变形量为70%的轧制及随后退火处理的Cu/Invar复合材料相对密度为98.6%,抗拉强度为360 MPa,伸长率为50%,热导率为25.42W/(m·K),热膨胀系数为10.79×10-6 K-1。     

退火温度对镁合金和铝合金扩散结合层的影响（英文）

为了研究退火温度对镁合金和铝合金结合层的影响,提高扩散层的性能,采用真空扩散结合的方法焊接镁合金(AZ31B)和铝合金(6061),然后依据热处理理论在电炉中进行退火处理。应用扫描电子显微镜对焊接层的组织进行观察,利用X射线衍射技术测量残余应力,借助EPMA检测元素分布。此外,还分别测量材料的抗拉强度和硬度。结果显示,扩散层随着热处理温度升高而变宽。相比之下,在250°C退火处理后的试样残余应力值最低,抗拉强度最大。结合实验结果,250°C是镁合金和铝合金扩散结合件的最适退火温度。     

B_4C_p/6061Al复合材料动态再结晶临界条件（英文）

通过等温热压缩实验对25%B_4C_p/6061Al(体积分数)复合材料的热变形行为和动态再结晶临界条件进行了研究,采用的温度范围为350~500℃,应变速率范围为0.001~1 s~(-1)。应力-应变曲线显示动态再结晶是复合材料热变形过程中主要的软化机制,并采用峰值应力构建了基于Arrhenius形式的本构方程。基于加工硬化率曲线,求解了表示动态再结晶发生的临界应变与临界应力值。结果表明,临界应力与峰值应力存在线性关系:σ_c=0.8374σ_p–0.33708。此外,引入Zener-Hollomon参数描述变形条件对临界条件的影响,得到临界应变与Z参数的关系:ε_c=2.39×10~(-4)Z~(0.11022)。最后,通过θ-ε曲线得到了复合材料完成动态再结晶时的稳态应变,并绘制了动态再结晶图。     

往复挤压对AA 6061/SiC复合材料力学性能的影响（英文）

使用往复挤压(RE)方法改善铸造和粉末冶金(PM)法制备的铝基复合材料的力学性能。分别使用AA 6063铸件和AA 6061粉末作为基体,使用5%SiC(体积分数)颗粒作为增强相制备复合材料。挤压样品的硬度和晶粒尺寸随挤压道次的增加而降低,而韧性和延展性随挤压道次的增加而增加。由于挤压样品的拉伸强度降低,其伸长率增加。因此,往复挤压是一种改善金属基复合材料(MMC)力学性能的有效方法。     

退火处理提高气雾化过共晶Al-Si合金粉末的变形能力（英文）

气雾化纯金属或合金粉末是粉末冶金方法(压制和烧结)制备高性能材料的常用原料。然而,由于细小的Si相和过饱和基体导致强度较高,气雾化Al-Si合金粉末的压制性能受到很大限制。研究退火处理对提高Al-Si合金粉末压制性能的作用。采用Heckel压制方程研究退火粉末的致密化行为并分析其变形能力。通过分析压坯的显微组织和抗弯断口,研究压制过程中粉末颗粒的变形行为。结果表明,粉末经过400°C退火获得96.1%的最高相对密度。由于Al基体软化、过饱和Si相析出、针状共晶相溶解以及Si相球化,退火处理可以明显提高Al-Si粉末的变形能力。     

复合挤压铸造Al/Al-Cu双金属宏观复合材料中界面相互作用的模拟与实验验证（英文）

研究复合挤压铸造的双金属宏观复合材料中两组分之间的热、力学相互作用。首先,采用复合挤压铸造工艺制备Al/Al-4.5wt.%Cu双金属宏观复合材料。然后,利用Thermo-Calc、Pro CAST和ANSYS等软件对双金属中的热传递、凝固和沿界面区产生的应力分布进行分析,且研究双金属界面区的结构、铜分布和显微硬度变化。结果表明,Al-4.5wt.%Cu的结构没有明显变化,铜在界面处无明显的微混合和扩散。当定义界面上的等效氧化层,并考虑其对传热的影响时,模拟结果与实验结果吻合较好。这种氧化层使在嵌入物表面形成的局部液体分数下降50%。对产生的应力进行模拟,结果表明,界面应力分布均匀,界面的抗压强度明显低于氧化层的抗压强度,在制备过程中具有良好的稳定性。因此,可以认为,这种连续的氧化层不仅起到热障的作用,还阻止界面上金属间的直接接触。     

Ti/Al固相扩散反应行为及其动力学研究（英文）

研究了Ti/Al热处理温度为520~630℃之间不同温度条件下的固相扩散反应,实验选用Ti/Al粉末压坯作为研究TiAl_3金属间化合物反应动力学模型的原始材料,当热处理时间达到46 h条件下,TiAl_3金属间化合物相在Ti/Al界面生成,实验结果显示TiAl_3相沿TiAl_3/Al界面的生长速率明显优于沿Ti/TiAl_3界面的生长速率。此外,建立了TiAl_3固相扩散反应动力学方程,Ti/Al固相扩散反应激活能和动力学指数分别为170.1 k J·mol~(-1)和0.5。通过对不同热处理条件下试样进行成分分析得到,在热处理工艺为590℃/4.5 h条件下,铝完全消耗,而590℃/3.5 h条件下仍有多余的铝剩余,该实验结果与所建立的固相反应扩散动力学模型相一致,表明该模型能够很好地预测Ti/Al材料固相反应的进行状态。     

搅拌铸造制备新型Al2024/SiC/赤泥复合材料的特性和抗拉强度（英文）

采用搅拌铸造技术制备SiC颗粒(5%,质量分数)和赤泥(5%~20%,质量分数)颗粒增强2024铝基复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)和电子能谱(EDS)技术表征合成的复合材料;另外,利用Taguchi实验设计方法测试混杂复合材料的抗拉强度。结果表明,混杂复合材料中的增强颗粒分散均匀,结合充分;复合材料的密度和孔隙率随着增强体含量的增加而降低,抗拉强度随着赤泥含量和时效时间的增加而增加;复合材料中赤泥含量对抗拉强度影响最大,其次是时效时间。总体来说,与基体材料Al2024铝合金相比,铝合金/SiC/赤泥复合材料在优化条件下具有更优异的抗拉强度(高34%)。     

Al-Si-Cu合金粉末扩散钎焊Al/Cu接头组织及性能

采用Al-Si-Cu合金粉末扩散钎焊铝铜异种金属,采用SEM,EDS和XRD分析接头微观组织结构,结合三元相图分析了接头形成机理,最后检测了接头力学性能.结果表明,在连接温度530℃,保温时间60 min,压力为1MPa时可形成均匀致密的接头,接头中存在大量条状和鱼骨状的Al-Si-Cu共晶组织,中间层与两母材结合界面处的组织结构不同,在靠近铜侧界面存在三种层状金属间化合物,其成分依次为Cu₃Al₂,CuAl和CuAl₂,在靠近铝侧界面存在一个扩散区,没有形成层状金属间化合物.接头的抗剪强度随保温时间的变化而变化,在保温60 min时达到35 MPa.     

Al-Si-Cu合金粉末扩散钎焊Al/Cu接头组织及性能

采用Al-Si-Cu合金粉末扩散钎焊铝铜异种金属,采用SEM,EDS和XRD分析接头微观组织结构,结合三元相图分析了接头形成机理,最后检测了接头力学性能.结果表明,在连接温度530℃,保温时间60 min,压力为1MPa时可形成均匀致密的接头,接头中存在大量条状和鱼骨状的Al-Si-Cu共晶组织,中间层与两母材结合界面处的组织结构不同,在靠近铜侧界面存在三种层状金属间化合物,其成分依次为Cu₃Al₂,CuAl和CuAl₂,在靠近铝侧界面存在一个扩散区,没有形成层状金属间化合物.接头的抗剪强度随保温时间的变化而变化,在保温60 min时达到35 MPa.     

晶粒尺寸对（TiB2＋TiC）/Ni3Al复合材料循环氧化性能的影响（英文）

采用放电等离子烧结法制备（TiB2＋TiC）/Ni3Al复合材料。在950°C下烧结的（TiB2＋TiC）/Ni3Al复合材料的组织比在1050°C下烧结的（TiB2＋TiC）/Ni3Al复合材料的组织更细小。对烧结温度分别为950°C和1050°C的复合材料在900°C下进行循环氧化性能测试。结果表明,在950°C下烧结的复合材料的循环氧化质量损失要小于在1050°C下烧结的复合材料的。晶粒细化有助于在氧化过程汇总的选择性氧化,使得连续的TiO2和Al2O3氧化膜得以在复合材料表面形成,从而提高复合材料的抗氧化性能。