Al2O3/Al基复合材料与基体结合强度物理意义分析

测定了Al2 O3 /Al基复合材料与基体材料间的结合强度 ,探讨了结合强度的物理意义。其物理意义是 :界面抗拉强度与试样达到断裂应变时基体中的应力分别与纤维体积分数和基体体积分数的加权平均值。并根据测定的结合强度的值结合有限元分析得出几种Al2 O3 /Al基复合材料的界面抗拉强度值     

挤压铸造Al2O3/Al-4.5Cu复合材料的力学性能研究

研究了挤压铸造短纤维/铝基复合材料中纤维体积分数以及预制件的预热温度对复合材料力学性能的影响。结果表明：纤维加速了复合材料的时效强化过程，随着纤维体积分数的增加，复合材料的硬度、强度、弹性模量增大，而塑性下降；随着预制件预热温度的升高，冷却速度减慢，复合材料的力学性能下降。     

基体塑性对Al2O3f/Al复合材料增强效果的影响

通过改变试验温度和选用不同塑性基体材料的方法,研究了基体塑性对复合材料拉伸性能的影响.试验结果表明,基体塑性很差的Al2O3f/ZL109复合材料,随着纤维体积分数的升高,其抗拉强度下降;对于基体塑性很好的Al2O3f/1050复合材料,随着纤维体积分数的增加,其抗拉强度有明显的提高;随着试验温度的升高,基体ZL109铝合金的塑性不断提高,低于543K,ZL109的强度高于Al2O3f/ZL109;在543K左右,ZL109的强度与Al2O3f/ZL109相当;高于543K后,Al2O3f/ZL109的强度高于ZL109.若在使用条件下,基体为脆性材料,加入短纤维反而会降低材料的力学性能;若基体为塑性材料,添加短纤维能起到强化的效果,塑性越好,其强化效果越好.     

挤压铸造工艺参数对Al_2O_(3f)/Al-4.5%Cu复合材料凝固方式与组织的影响

挤压铸造制备了Al2O3短纤维/Al 4 5%Cu合金复合材料,研究了关键工艺参数对基体合金凝固方式与组织的影响。结果表明:Al2O3短纤维表面不能作为基体α初晶非自发形核衬底;随凝固冷却速度ε的增大,复合材料基体组织将细化,基体中有更多完整的晶界出现,偏析第二相主要分布于晶界上,其量随ε的增大而明显增多;纤维体积分数Vf的增大将细化基体晶粒尺寸至纤维间隙大小,同时随Vf的增大,主要分布于纤维/基体界面的偏析第二相的量将有所降低;模具、预制块预热温度及合金液浇注温度对复合材料凝固过程的影响归结到对凝固冷却速度的影响上来;外加压力的提高使复合材料基体组织细化。     

连续SiC纤维增强Ti基复合材料中的残余热应力

提出了用"残余应变不平衡法"来检测SiCf/Ti基复合材料的残余热应力.即在复合材料中单边多加入基体合金而形成层状材料,冷却中因残余热应变不平衡而产生弯曲,测量弯曲变形量,计算复合层间的热应力和应变,得出产生残余热应力的起始温度为704℃.采用Schapery模型计算不同温度下SiCf体积分数为35%的SiCf/Ti6Al4V复合材料热膨胀系数,获得了SiCf/Ti6Al4V复合材料中Ti6Al4V基体和SiC纤维中的平均残余热应力分别为349 MPa和648MPa.     

碳纤维-FeCoCrNiAl高熵合金颗粒混杂增强7075铝基复合材料的力学性能及断裂行为

为探究双相增强体对铝基复合材料拉伸性能和断裂行为的影响,采用真空热压烧结工艺在580 ℃,30 MPa条件下保温10 min制备了FeCoCrNiAl高熵合金颗粒增强7075铝基复合材料（HEA_p/Al）,Ni-Co-P镀层修饰碳纤维增强7075铝基复合材料（CF/Al）和FeCoCrNiAl高熵合金颗粒及Ni-Co-P镀层修饰碳纤维混杂增强铝基复合材料（CF-HEA_p/Al）。并对不同复合材料微观结构及拉伸性能进行分析表征及比较。结果表明：CF-HEA_p/Al复合材料的屈服强度（YS）与极限拉伸强度（UTS）随纤维含量的升高（体积分数由0至40%）呈现先增大后降低的变化,延伸率则逐渐降低。鉴于Ni-Co-P镀层修饰碳纤维与FeCoNiCrAl高熵合金颗粒的混杂强化效应, CF-HEA_p/Al复合材料的YS和UTS较HEA_p/Al与CF/Al复合材料明显提高,且其断口表现出基体韧性断裂及纤维拔出与断裂的多种失效特征。     

Ni-Co-P中间层优化玄武岩纤维增强铝基复合材料的界面结构和力学性能

界面优化是提高铝基复合材料最为有效的手段。通过化学镀工艺成功制备0.2 μm厚Ni-Co-P合金镀层修饰的玄武岩纤维，并通过真空热压烧结工艺合成Ni-Co-P镀层修饰玄武岩纤维增强2024Al复合材料（BF(Ni-Co-P)/Al）。探究了Ni-Co-P镀层对BF(Ni-Co-P)/Al复合材料界面结构及拉伸性能的影响机制。结果表明：复合材料中Ni-Co-P镀层形成稳定的Ni-Co-P中间层，不仅抑制了玄武岩纤维与铝合金基体间的有害界面反应，且优化了二者间的结合强度。BF(Ni-Co-P)/Al复合材料密度及硬度明显优于BF/Al复合材料，且当玄武岩纤维体积分数为30vol%时，BF(Ni-Co-P)/Al复合材料屈服强度和抗拉伸强度分别为252和360 MPa，大幅高于未修饰纤维增强铝基复合材料和铝合金基体，并表现出渐进累积失效的断裂模式。     

经/纬向纤维比对2.5D浅交弯联C_f/Al复合材料组织和性能的影响

选用M40J碳纤维的2.5D浅交弯联编织预制体为增强体材料,ZL301合金为基体材料,制备纤维体积分数为48%的2.5D碳纤维增强铝基复合材料,2.5D浅交弯联编织预制体的经/纬向纤维比选取54%∶46%、65%∶35%和78%∶22%,研究了不同经/纬向纤维比的2.5D浅交弯联结构C_f/Al复合材料的致密度、微观组织和经纬向力学性能。结果表明,2.5D复合材料的致密度随着经向纤维体积分数的提高而不断下降,经/纬向纤维比为54%∶46%的2.5D-C_f/Al复合材料致密度最大,达到98.5%,组织中无明显浸渗缺陷,浸渗效果较好;经/纬向纤维比对2.5D-C_f/Al复合材料经/纬向抗拉强度影响较大,经/纬向纤维比为65%∶35%的2.5D-C_f/Al复合材料经向、纬向抗拉强度分别为380.6、245.6MPa,具有最佳的综合力学性能,其拉伸断口参差不齐,界面结合强度适中。     

纤维增强铝基复合材料凝固偏析模拟研究

由凝固过程中的三大守恒定律,建立了金属基复合材料凝固数学模型。根据所建立的模型对Al2O3／Al-4．5Cu复合材料进行数值模拟,并在与模拟计算相同条件下进行了实验验证。模拟结果表明：Al2O3短纤维周围存在第二相偏析;随凝固冷却速度增大,复合材料基体偏析加剧;随复合材料中纤维体积分数增大,基体中偏析减小;模拟结果与实验结果十分吻合。     

纤维预热温度对3D-C_f/Al复合材料显微组织及力学性能的影响

采用真空气压浸渗法制备纤维体积分数为51%的三维五向编织M40碳纤维增强铝基复合材料(3D-C_f/Al),研究纤维预热温度对3D-C_f/Al复合材料显微组织与力学性能的影响,并对比研究3D-C_f/Al复合材料与单向连续C_f/Al复合材料的差异。结果表明:复合材料致密度随着编织体预热温度的提高而增大,提高预热温度可有效减少复合材料内部孔洞和纤维偏聚等浸渗缺陷;复合材料的拉伸强度随纤维预制体预热温度的提高而显著降低。其中,在预热温度500℃、浸渗温度720℃、浸渗压力7 MPa和保压时间20 min的工艺条件下,所制备的3D-C_f/Al复合材料致密度为97.3%,拉伸强度为777.8 MPa,弹性模量为186.1 GPa。     

Fabrication and characterization of AI/TINI shape memory composites

Metal matrix composites reinforced with shape memory alloys induce compressive residual stress in the matrices resulting in improved tensile properties in the composite. In the present study, Al/TiNi shape memory composites were fabricated by squeeze casting and powder metallurgy the so-called Plasma Activated Sintering (PAS). Fairly good matrix/reinforcement bonding was observed in the Al/TiNi composites. The effects of the residual stress caused by the shape recovery force were compared as a function of reinforcement volume fraction, prestrain, matrix strength and reinforcement shape. Strengthening effect due to TiNi reinforcement as well as the compressive residual stress were investigated. It was found that the yield strength of the composites increased the volume fraction of TiNi reinforcement increased and the amount of prestrain applied to the composite. Moreover, the percentage of strength increment of the pure continuous fiber Al/TiNi (Al/TiNi_cf) composite caused by prestrain was higher than that of the AC4A Al/TiNi_cfcomposite. The percentage of strength increment of the Al/TiNi_cf composite was higher than that of the particulate Al/TiNi (Al/TiNi_p) composite.     

碳纤维含量对Al2O3+C/ZL109混杂复合材料摩擦磨损性能的影响

利用挤压铸造法制备了A1203 C／ZLl09短纤维混杂金属基复合材料，并探讨了A1203纤维体积分数为12％时，C纤维含量对该混杂复合材料摩擦磨损性能的影响。结果表明：随着C纤维体积分数的增加，复合材料的摩擦因数和磨损率逐渐降低。12％A1203和4％C短纤维的协同作用使复合材料从轻微磨损到急剧磨损的临界转变载荷比基体合金提高了1倍。当载荷低于临界载荷时，复合材料的主要磨损机制为犁沟磨损和层离，C纤维的加入有利于磨损表面裂纹尺寸的减小。但随着载荷的逐渐增加并发生严重磨损时，基体和复合材料的磨损机制均为严重的粘着磨损甚至局部熔化磨损。     

添加NH_4AlO（OH）HCO_3原位生成Al_2O_3/Al复合材料的制备及其性能

碳酸铝铵与熔融的铝液反应原位生成颗粒增强铝基复合材料,对复合材料的力学性能和摩擦磨损行为进行研究。结果表明：在搅拌的铝熔体中碳酸铝铵发生分解反应生成γ-Al2O3;该原位反应的增强颗粒比直接添加的Al2O3在铝熔体中分布得更均匀;复合材料的密度和硬度随着增强相加入量的增加而提高,而强度则随着增强相加入量的增加而降低;磨损率随着增强相加入量的增加和载荷的增加而提高;原位反应生成的复合材料的力学性能和耐磨性明显优于直接添加Al2O3颗粒形成的复合材料的。     

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。     

熔体反应法制备Al_3Zr_(p)、Al_2O_(3(p))/A356复合材料的凝固组织和性能

对Al ZrOCl2 体系采用熔体反应法制备了Al3Zr( p) 、Al2 O3( p) /A35 6复合材料。结果表明 :原位生成的Al3Zr和Al2 O3 均为多面体粒状 ,且Al3Zr表面存在生长小面 (facet)。复合材料凝固组织中随ZrOCl2 加入量的增加 ,颗粒分数增大 ,颗粒分布更均匀。但反应温度高于 90 0℃时 ,Al3Zr颗粒出现板块状集聚生长。拉伸试验表明 :Al3Zr(p) 、Al2 O3(p) /A35 6复合材料具有比基体更高的抗拉强度 ,并随ZrOCl2 加入量的增加而提高 ,其拉伸断口为混合型断裂     

基体合金对连续Al2O3f/Al复合材料微观组织及拉伸强度的影响

选用Nextel610型Al2O3纤维作为增强体,采用真空气压浸渗法制备了纤维体积分数40%、基体合金分别为1A99、ZL210A、ZL301及7075合金的单向连续Al2O3f/Al复合材料,并用NaOH溶液萃取出Al2O3纤维,研究了基体合金对连续Al2O3f/Al复合材料的致密度、纤维损伤及拉伸强度的影响。结果表明：基体合金对连续Al2O3f/Al复合材料的致密度和微观组织有明显影响,其中连续Al2O3f/ZL301复合材料致密度最高为99.2%,组织缺陷最少;连续Al2O3f/1A99复合材料致密度最低为96.8%,这种差异是由于不同基体与纤维之间润湿性不同导致的。不同基体与纤维发生了不同程度的界面反应,最后表现为对纤维的损伤程度不同。连续Al2O3f/1A99、Al2O3f/ZL210A、Al2O3f/ZL301及Al2O3f/7075四种复合材料的拉伸强度分别为465MPa、479MPa、680MPa和389MPa,缺陷、纤维损伤和界面结合强度是影响连续Al2O3f/Al复合材料强度的主要因素。     

Al-Zr(CO3)2体系反应生成Al基复合材料的力学和磨损性能研究

运用Al-Zr（CO3）2体系熔体反应法制备了（Al3Zr＋Al2O3）p／Al合材料，研究了（Al3Zr＋Al2O3）p／Al复合材料的力学和磨损性能。结果表明：Al-Zr（CO3）2与Al熔体反应生成了Al2O3、Al3Zr颗粒；（Al3Zr＋Al2O3）g/A复合材料的抗拉强度和屈服强度随颗粒理论体积分数的增大而提高，当颗粒体积分数为10％时，复合材料的Rm为148．3MPa，较铝基体提高了90．1％，复合材料的Rp02为110．5MPa，较铝基体的提高了163．1％，复合材料的断后伸长率先升后降；由复合材料的拉伸断口SEM可知：随着反应物质量增加，塑性变形区减小，但仍是塑性断裂；由磨损表面SEM观察表明：（Al3Zr＋Al2O3）p/Al复合材料的磨损特征为黏着磨损和磨粒磨损的混合型磨损。     

织物结构对C_f/Al复合材料微观组织与压缩性能的影响

选用ZL301合金为基体材料,采用2.5D浅交直联、三维正交和三维五向等3种结构编织了M40J碳纤维预制体,采用真空压力浸渗法制备纤维体积分数为50%的3D-C_f/Al复合材料。主要研究了织物结构对C_f/Al复合材料微观组织与压缩强度的影响。结果表明,织物结构对C_f/Al复合材料的致密度、微观组织和压缩性能影响较大。其中三维正交结构的C_f/Al复合材料的致密度和压缩强度最大,分别为99.2%和417MPa;而2.5D浅交直联结构的C_f/Al复合材料的致密度和压缩强度最小,分别为95.3%和99.8MPa。     

体积分数对Wf／Zr基非晶复合材料准静态压缩特性的影响

系统研究了体积分数对钨丝增强Zr基非晶复合材料力学性能的影响。结果显示，在钨丝体积分数〈50％时，复合材料以剪切方式断裂为主，压缩强度和塑性应变随着体积分数的增加而增加；在体积分数≥50％时，复合材料以弯曲和劈开方式断裂为主，压缩强度随着体积分数的增加而继续增加，而塑性应变则开始降低。分析表明，钨丝体积分数的变化通过影响剪切带的形成而引起材料的力学性能发生变化。     

SiCw和纳米SiCp混杂增强铝基复合材料的制备与评价

采用湿成型法制备了体积分数可以调节的碳化硅晶须与纳米碳化硅颗粒混杂的预制块,确定了挤压铸造法制备混杂增强铝基复合材料的工艺参数.通过扫描电镜和透射电镜分析发现:复合材料中晶须与纳米颗粒分布均匀,并与基体合金的界面结合良好,无界面反应物和孔洞;与基体合金相比,混杂增强复合材料的抗拉强度和弹性模量明显增高,延伸率降低;在晶须体积分数一定时,随纳米SiC颗粒体积分数的增加,复合材料的抗拉强度升高.