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。     

纳米SiC对2024铝合金搅拌摩擦焊的影响研究

进行了未添加SiC和添加纳米SiC颗粒后1道次和4道次的搅拌摩擦焊接试验。试验结果表明,添加与未添加纳米SiC增强相进行搅拌摩擦焊均能够得到无缺陷的焊缝,且添加纳米SiC的焊核区的硬度得到了提高。1道次焊接后,纳米SiC出现了明显的团聚现象,焊核区的显微硬度值波动较大,多道次的焊接可以使得SiC颗粒分布均匀,焊核区的显微硬度值更加稳定。由于多道次的焊接使热输入增加,导致无SiC颗粒增强相分布的TMAZ和HAZ的硬度值明显下降。添加纳米SiC增强相并进行多道次搅拌摩擦焊可以作为提高焊核区性能的方法。     

多次搅拌下TiN颗粒增强铝基复合层组织与性能

采用搅拌摩擦加工制备了TiN颗粒增强铝基复合材料,研究了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TiN颗粒可提高复合层的硬度、耐磨性。添加TiN颗粒的试样经4道次搅拌后,搅拌区最高硬度为136 HV,为同道次未加颗粒的1.12倍。未添加颗粒时复合层摩擦系数为0.5左右,添加颗粒时仅为0.3左右。经4道次加工后添加TiN颗粒的复合材料强度由未添加时的380.40 MPa下降到329.97 MPa。随搅拌次数的增加,搅拌区晶粒细化程度得以提高,TiN颗粒分布更加均匀,但搅拌次数对TiN颗粒增强铝基复合材料的强度和硬度影响不大。     

水下搅拌摩擦加工制备CoCrFeNiMn/6061Al复合材料组织和性能研究

采用水下搅拌摩擦加工制备CoCrFeNiMn高熵合金颗粒增强6061-T6基复合材料，研究了时效热处理对CoCrFeNiMn/6061Al复合材料微观组织、显微硬度和磨损性能的影响。采用扫描电镜和电子背散射衍射技术对复合材料的微观组织进行了表征，采用显微硬度和磨损实验对复合材料的性能进行了评价。结果表明，经5道次搅拌摩擦加工后，CoCrFeNiMn高熵合金颗粒均匀分布在Al基体中，且与基体界面结合良好，无明显扩散层。时效热处理后，CoCrFeNiMn高熵合金颗粒与基体界面出现厚度约为200 nm的扩散层，复合材料的平均显微硬度达到120.0 HV,比Al基体提高了27.7%。与Al基体相比，复合材料的平均摩擦因数从0.4491升高至0.4855。时效热处理后，复合材料的平均摩擦因数降低至0.3188,主要磨损机制为磨粒磨损。     

铝合金搅拌摩擦加工制备颗粒增强表面层的组织演变机制

采用搅拌摩擦加工技术,对热喷涂高速钢涂层的铝合金进行了4次重复加工。测试分析结果表明,搅拌摩擦区域的显微组织经历了:涂层破裂→破碎成大尺寸颗粒并嵌入到基体中,并导致基体产生裂纹→大尺寸颗粒继续破碎,小尺寸的颗粒增加,部分块状颗粒被卷入到基体内部,裂纹因回复和再结晶而消失→细小颗粒均匀分布的表面复合层一系列演变过程。由于强烈的热、力耦合作用,使Al-Fe间产生了异常的快速互扩散,搅拌摩擦加工过程中生成的大量细小的Al3Fe颗粒。表面复合层显微硬度最高达到540 HV,比基体的提高了近8倍。     

利用搅拌摩擦加工对6061铝合金进行表面改性

为了改善典型的锻造铝合金6061(LD30)的表面性能,采用搅拌摩擦加工的方法在其表面制备强化的复合层以提高其硬度和耐磨性,即在铝合金基体表面加工凹槽,填充TiN纳米粉末后,利用搅拌摩擦加工过程中强烈的塑性变形作用获得较好的粉末弥散效果,从而制备强化的金属基复合层。利用光学显微镜对搅拌区域微观形貌进行分析,测试、比较显微硬度并分析了加工区域显微硬度的变化。结果表明,核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、等轴晶粒的微观组织。经多道次搅拌TiN粉末获得了较好的弥散效果,搅拌核区硬度较母材提高约HV24,较未添加粉末搅拌的核区硬度提高约HV54。热影响区由于几乎没有弥散的粉末且受到热循环作用而使硬度下降HV20。     

搅拌摩擦焊的界面层组织及性能

通过对5083铝合金进行搅拌摩擦加工,采用SEM及硬度计对Al/Al2O3界面层的微观组织及力学性能进行表征。结果表明,随着搅拌摩擦加工道次的增加,Al/Al2O3界面层的显微组织均匀,加工区的硬度得到提高,同时Al2O3颗粒在Al基体中的分布更加均匀。     

搅拌摩擦加工技术制备Ti颗粒增强AZ31镁基复合材料

利用搅拌摩擦加工技术制备Ti颗粒含量为20%(体积分数,下同)与40%的Mg-AZ31基复合材料.结果表明:碎化后的Ti颗粒平均尺寸约为200 nm,经4次搅拌摩擦加工处理后基体组纵发生明显的细化,晶粒尺寸为3～5 μm.添加20%Ti颗粒的复合层中碎化的Ti颗粒在Mg基体中呈不均匀分布,复合层具有较低的强度和伸长率;当Ti颗粒添加量为40%时,复合层中碎化Ti颗粒在Mg基体中均匀分布,复合层强度有明显提高,伸长率较基体无明显降低.利用混合定律计算复合层的显微硬度,其结果与试验值相吻合.     

搅拌摩擦加工制备镁合金表面复合层的显微组织和力学性能

选用轧态AZ31镁合金为基体、C60颗粒为增强相,采用搅拌摩擦加工技术(FSP)制备镁合金表面复合材料,搅拌针头旋转速度为600 r·min~(-1),加工速度为118 mm·min~(-1),分别进行1～3道次FSP加工后,通过金相、透射、硬度和拉伸等测试,对搅拌加工区复合显微组织和力学性能进行表征分析。研究表明:FSP可使镁合金晶粒显著细化; C60加入后,在1～3道次FSP内,随着加工道次升高,C60分散程度上升,复合材料平均晶粒尺寸降低,材料硬度上升,抗拉强度上升,但弥散于晶间的团聚颗粒使其拉伸性能低于母材;添加C60后的试样中,2道次硬度有明显上升,最高硬度可达母材的1. 73倍,3道次试样硬度平均值最高。结果表明,可通过FSP制备镁基表面复合层强化材料。     

铝合金涂层搅拌摩擦加工的作用机制

为研究搅拌摩擦加工作用机理,对铝合金表面热喷涂铝基涂层进行了4道次搅拌摩擦加工。应用SEM、EDS、TEM和显微硬度测试对加工前后的涂层进行分析。结果表明,涂层经过搅拌摩擦加工后,原本层叠状、有孔隙组织通过形变诱导位错切割机制,首先形成滑移带,同时位错密度不断增加并聚集成小角度晶界,然后逐渐转变成大角度晶界,将晶粒分解细化,最终演变成致密的超细等轴晶,尺寸达到200 nm以下。涂层和基体之间发生了相互融合,涂层和基体间的间隙消失。基体中的合金元素向涂层扩散。搅拌摩擦加工后,涂层显微硬度从62 HV上升到269 HV。     

铝基Al_2O_3-TiB_2复相涂层搅拌摩擦加工组织演变

使用搅拌摩擦加工技术,对铝合金表面的铝基Al2O3-TiB2复相涂层进行逆向两道次加工。结果表明,搅拌摩擦加工后涂层的显微组织形貌发生明显的改变。涂层在强烈的摩擦力压力和高温的作用,热喷涂颗粒间原有的孔隙基本消失,涂层和基体之间的间隙减小,涂层组织整体形貌变得紧实而致密。单一方向搅拌摩擦加工,增加了涂层组织内应力,使其硬度(HV)从72提高到85。逆向搅拌摩擦加工区域内的涂层发生了强力的塑性变形,导致发生组织演变,使涂层形貌呈现出纤维形流线组织,该区域涂层硬度大幅度增加,从72提高到150,达到原始涂层的两倍以上。     

搅拌摩擦加工制备具有单一和混合表面的Al5083/CeO_2/SiC复合材料的显微组织和磨损行为（英文）

利用搅拌摩擦加工(FSP),将纳米尺寸的氧化铈(CeO_2)和碳化硅(SiC)颗粒以单独和混合形式嵌入Al5083合金基体,制备表面复合材料,并研究这些增强相对合成的表面复合层显微组织和耐磨性能的作用。在室温下用销-盘式磨损试验机检测合成的单独和混合表面复合层的磨损特性。用光学显微镜和扫描电镜观察FSPed区和磨损表面的显微组织。在熔核区可观察到显著的晶粒细化和均匀分布的增强颗粒。与基体金属相比,所有复合材料都具有更高的硬度和更好的耐磨性。其中,混合复合材料Al5083/CeO_2/SiC的耐磨性能最好,摩擦因数最低,而Al5083/SiC的硬度最高,是Al5083基体合金硬度的1.5倍。混合复合材料表面耐磨性能的提高是由于CeO_2颗粒的固体润滑效果。非复合材料中主要的磨损机制是严重的粘着磨损,当存在增强颗粒时转变为磨粒磨损和分层。     

搅拌摩擦加工制备铝基梯度功能复合材料及表征（英文）

在6082铝板的凹槽中填充SiC颗粒(平均粒径为27.5μm),用一种新型多步搅拌摩擦加工(FSP)法制备Al/SiC梯度功能复合材料(FGM)。为了得到预先设定的梯度结构,使用3种工具进行FSP,每种工具的搅拌针长度不同,SiC颗粒的体积分数也不同。FSP在室温下进行,其工艺参数如下:1～3道次、旋转速度为900r/min、前进速度为20mm/min。利用扫描电子显微镜(SEM)和三维光学显微镜对梯度功能样品的显微组织进行表征,且测试其耐磨性和显微硬度等力学性能。结果表明,随着FSP道次的增加,SiC颗粒分散更加均匀,材料的显微硬度增加。与未加工的6082铝合金相比,经3道次加工后,其显微硬度提高51.54%。添加SiC颗粒后,Al/SiC梯度功能使复合材料的耐磨性提高。     

深松铲氩弧熔覆TiC/Ni复合涂层组织和性能研究

用氩弧熔覆技术在淬火后的65Mn基体表面制备了TiC颗粒增强镍基复合涂层。利用扫描电镜、光学显微镜、往复式摩擦磨损试验机和显微硬度计对涂层的显微组织、耐磨性及硬度分布进行了测试研究。结果表明:复合涂层是由γ-Ni、CrB、M_(23)C_6、TiC等组成。涂层组织中TiC颗粒弥散分布在基体金属内。有涂层的深松铲显微硬度最高可达1034 HV,约为65Mn淬火后显微硬度的2倍。熔覆后的深松铲具有较好的耐磨性,使用寿命显著提高。     

搅拌摩擦加工制备A356铝基复合材料的显微组织与力学性能(英文)

通过搅拌摩擦加工技术将SiC颗粒加入到A356铝合金中制备铝基复合材料,搅拌摩擦加工参数为:旋转速度1800r/min和行进速度127mm/min。基体金属A356铝合金为亚共晶AlSi枝晶组织,而搅拌区的组织与基体金属区不同。共晶Si和SiC颗粒均匀分布于初始铝固溶体中,而经历了剧烈变形的热力影响区的共晶Si和SiC颗粒呈沿旋转方向分散的特征。搅拌区的硬度比基体金属的高,因为在搅拌区存在的缺陷明显减少,共晶Si和SiC均匀分布在其中。     

搅拌摩擦加工原位反应制备Al_3Ti-Al表面复合层

通过在铝合金1100-H14表面加工矩形凹槽并添加微米级钛粉再进行搅拌摩擦加工(friction stir processing,FSP)的方法,在铝合金表面获得Al3Ti-Al复合层.采用扫描电镜(SEM),能谱分析(EDS)以及X射线衍射(XRD)对表面复合层微观结构及相组成进行了分析,并对复合层的显微硬度进行了检测.结果表明,在FSP强烈的热、力耦合作用下,钛粉产生了碎化,破碎后的钛颗粒与铝产生快速原位反应,生成微米和亚微米级Al3Ti颗粒,残留的钛颗粒和细小的Al3Ti颗粒一同均匀地分布于铝合金基体中,从而使得铝合金表面的硬度得到提高,其平均值达到了71.39HV,为基体硬度的2.1倍.     

基于TOPSIS和改进NSGA-Ⅱ法的搅拌摩擦工艺制备B_4C/A356复合材料显微组织和力学性能的混合多目标优化（英文）

采用搅拌摩擦工艺以A356合金为基体金属制备B_4C/A356复合材料。利用人工神经网络(ANN)和非支配排序遗传算法-Ⅱ研究复合材料的显微组织和力学性能。首先,研究不同加工条件下制得的复合材料的显微组织。结果表明,搅拌摩擦工艺参数如搅拌头的旋转速度、横向移动速度和形状显著影响基体中初始Si颗粒的尺寸、复合材料层中B_4C增强剂的分散效果及体积分数。采用高旋转/移动速度比和螺纹销形状搅拌头能获得较好的颗粒分布、较细的Si颗粒和较少的B_4C团聚体。其次,通过硬度和拉伸试验研究复合材料的力学性能。结果显示,经搅拌摩擦工艺处理后样品的断裂机理由脆性断裂转变为延性断裂。最后,利用人工神经网络技术建立了搅拌摩擦工艺参数与复合材料显微组织和力学性能的关系。采用结合多样性保护机制的NSGA-Ⅱ法,即ε消除算法得到搅拌摩擦工艺参数的Pareto最优解集。     

铝合金表面涂层搅拌摩擦加工后的组织及硬度

研究采用搅拌摩擦加工技术原理,对铝合金表面火焰喷涂制备的高速钢涂层进行搅拌摩擦加工,搅拌摩擦加工工艺参数为搅拌头转速3 000 r/min、进给速度15μm/s、进给量0.1mm.结果表明:经过多道搅拌摩擦加工后,涂层击碎并镶嵌到铝合金基体中,同时元素间产生相互扩散、相互反应,形成致密的复合表面层,显微硬度最高达到HV590.     

搅拌摩擦加工铸态铝铁合金组织和性能研究

采用搅拌摩擦加工技术对含铁3％(质量分数)铸态铝铁合金进行3道次往复搅拌摩擦加工,研究加工区显微组织和力学性能的变化.结果表明,铸态铝铁合金经搅拌摩擦加工后,粗大的针状Al3Fe相被破碎成细小粒状,铸态组织转变成低位错密度的再结晶组织,且基体中存在细小的含铁亚稳相.搅拌摩擦加工后,加工区的显微硬度较铸态区降低,但分布比较均匀;加工区合金的抗拉强度稍微下降,延伸率显著增大.经搅拌摩擦加工后,合金拉伸断口呈现出微孔聚合韧性断裂特征.     

Ni-Cr-Al 涂层搅拌摩擦加工的作用机制

目的对热喷涂涂层进行表面改性。方法利用搅拌摩擦加工技术多道次加工制备复合层,分析受影响区涂层和基体的显微组织、元素扩散、显微硬度变化规律。结果形成了均匀致密且细晶化、涂层与界面消失、靠近涂层部分基体发生动态再结晶的复合层。从涂层到基体形成了有层次的260μm厚度渐变影响区,依次为:BZ,RLS,FRZ,ECZ。温度场和塑性变形的耦合作用为涂层和基体元素互扩散提供了有利通道,发生了快速元素互扩散。细晶强化和元素扩散共同作用使显微硬度显著提高,机械性能得到改善。结论搅拌摩擦加工技术能有效改善热喷涂涂层的组织和性能。