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。     

加工道次对FSP制备高熵合金增强铝基复合材料组织和性能的影响

采用搅拌摩擦加工制备了以AlCoCrFeNi_2.1高熵合金为增强相的6061铝合金复合材料(AlCoCrFeNi_2.1/6061Al),重点研究了加工道次对复合材料组织均匀性、界面结合以及力学性能的影响。结果表明,随搅拌摩擦加工道次的增加,AlCoCrFeNi_2.1/6061Al复合材料组织均匀性及力学性能均得到明显改善.复合材料中基体与增强相界面结合良好,界面处扩散层厚度随加工道次增加而增大。相较于不添加增强相的6道次搅拌摩擦加工铝合金,AlCoCrFeNi_2.1增强相颗粒的引入可进一步细化晶粒并提高抗拉强度,且随着加工道次增加,复合材料抗拉强度及断后伸长率均显著升高。2,4道次下的断口存在明显的颗粒聚集区,而6道次下断口表面颗粒分布均匀且呈现大量韧窝,为典型的韧性断裂。该现象主要归因于载荷传递效应、弥散强化和细晶强化3大强化机制。     

加工道次对FSP制备高熵合金增强铝基复合材料组织和性能的影响

采用搅拌摩擦加工制备了以AlCoCrFeNi_2.1高熵合金为增强相的6061铝合金复合材料(AlCoCrFeNi_2.1/6061Al),重点研究了加工道次对复合材料组织均匀性、界面结合以及力学性能的影响. 结果表明,随搅拌摩擦加工道次的增加,AlCoCrFeNi_2.1/6061Al复合材料组织均匀性及力学性能均得到明显改善. 复合材料中基体与增强相界面结合良好,界面处扩散层厚度随加工道次增加而增大. 相较于不添加增强相的6道次搅拌摩擦加工铝合金,AlCoCrFeNi_2.1增强相颗粒的引入可进一步细化晶粒并提高抗拉强度,且随着加工道次增加,复合材料抗拉强度及断后伸长率均显著升高. 2,4道次下的断口存在明显的颗粒聚集区,而6道次下断口表面颗粒分布均匀且呈现大量韧窝,为典型的韧性断裂. 该现象主要归因于载荷传递效应、弥散强化和细晶强化3大强化机制.     

SiCp/6092Al复合材料搅拌摩擦焊接头的疲劳行为研究

为获得高质量、疲劳性能优异的SiCp/6092Al复合材料搅拌摩擦焊接头,对3 mm厚的T6态SiCp/6092Al复合材料轧制板材分别在50 mm/min的低焊速和800 mm/min的高焊速下进行搅拌摩擦焊接,转速恒为1000 r/min,研究焊速对接头的组织演变及拉伸性能、高周疲劳性能的影响。结果表明,高焊速接头表面"鱼鳞纹"较明显,且横截面方向的焊核区形貌与低焊速接头具有一定差异。焊速增加显著提高了FSW接头的硬度和拉伸强度,而对于未打磨表面的接头却未能提高接头的疲劳极限,低焊速下接头的高周疲劳极限为150 MPa,高焊速下接头的高周疲劳极限降为140 MPa。不同循环应力加载下,试样表现出不同的断裂方式。高应力下,低焊速接头由表面"鱼鳞纹"凹痕引起疲劳断裂,而高焊速接头是由焊核区底部的涡旋区流动不充分引起断裂。在低应力下,未打磨试样均由接头表面"鱼鳞纹"凹痕引起疲劳断裂,三维表面形貌显示高焊速接头表面粗糙度较大是造成疲劳极限较低的原因。与未打磨试样相比,经过打磨抛光后的接头光滑表面试样的疲劳极限提高了40～65 MPa,且高焊速下的光滑试样表现出更高的疲劳极限(205 MPa),光滑表面接头在疲劳测试时均在最低硬度区及其附近区域发生断裂。     

搅拌摩擦处理Al3Zr/6063原位复合材料的组织和性能

研究搅拌摩擦加工工艺对Al3Zrp/6063铝基复合材料组织性能的影响。该复合材料在6063-5%(K2ZrF6)体系下原位内生获得,利用OM、XRD、SEM观测原位内生颗粒Al3Zr的形貌、分布及尺寸,分析材料性能。实验分析可得:经搅拌摩擦处理后,复合材料的增强体更加细小均匀;基体晶粒破碎,晶粒形状发生改变;材料的抗拉强度变大,延伸率变大;具有超塑性,在变形温度500℃,应变速率1.67×10-2s-1,材料的延伸率达348.16%。     

SiCp/2009Al复合材料搅拌摩擦焊T形接头组织与力学性能

在工具转速800 ~ 1200 r/min、焊接速度100 ~ 150 mm/min的工艺参数下,对6 mm厚的硬态(自然时效态)体积分数为15% SiCp/2009Al复合材料轧制板材进行T形搅拌摩擦焊(friction stir welding, FSW),均获得了致密无缺陷的接头. 结果表明,FSW过程中,剧烈塑性变形使焊核区部分SiC颗粒发生一定程度的破碎,破碎程度随转速的增加而增加,随焊接速度的增加而减弱;焊核区中的微米级强化相发生破碎、溶解,并沿焊核区细晶界面析出. T形接头横板两侧各存在2个低硬度区,靠近焊核区的低硬度区的硬度比远离焊核区的低硬度区的硬度低;固定焊接速度为100 mm/min时,转速从800 r/min增加到1200 r/min时,接头的抗拉强度不变;固定转速为800 r/min时,将焊接速度从100 mm/min增加到150 mm/min时,接头的抗拉强度轻微降低. 接头拉伸过程中在横板与竖板交界处受应力最大,所有接头均在此区域断裂.     

冷喷摩擦复合增材制造6061铝合金的显微组织、力学性能和腐蚀行为（英文）

采用冷喷摩擦复合增材制造(CFAM)技术制备6061铝合金块体材料。采用OM、SEM和EBSD对冷喷涂(CS)和CFAM试样的显微组织进行表征,通过显微硬度、拉伸和腐蚀实验研究两者的力学性能和腐蚀行为。结果表明,与CS试样相比,CFAM试样的显微组织更加致密和均匀,晶粒细小等轴,平均晶粒尺寸为3.1μm,显微硬度、极限抗拉强度和伸长率分别提高了22%、171%和683%。CFAM试样的腐蚀电流密度比CS试样低95.1%～97.8%,腐蚀机理由CS试样的点腐蚀转变为晶间腐蚀。     

石墨烯对搅拌摩擦加工铝基复合材料性能的影响

采用结合粉末工艺的两步法搅拌摩擦加工制备石墨烯增强铝基复合材料,研究了石墨烯添加量对复合材料力学性能和导电性能的影响。结果表明,石墨烯的添加对铝基复合材料性能有明显的影响,随石墨烯添加量增加,复合材料的硬度逐渐提高、塑性持续下降,而抗拉强度和电导率均呈先增后减的趋势。石墨烯体积分数为3.7%时,复合材料的抗拉强度最高,达到146.5 MPa,与同等加工条件下的纯铝相比,提高了78.7%,而石墨烯体积分数为1.3%时,复合材料的电导率最高,达到30.62 MS/m,较同等加工条件下的纯铝基体提高了53.4%。     

CNTs/Al复合材料搅拌摩擦加工质量的超声衰减评价

针对搅拌摩擦加工法制备的碳纳米管增强铝基复合材料的主要碳纳米管团聚缺陷,提出超声波衰减法对加工质量进行无损评价,通过改变搅拌摩擦加工次数得到不同团聚程度的碳纳米管增强铝基复合材料;根据超声衰减理论分别测量各个试样的衰减系数,从宏观上对团聚缺陷进行评价,最大和最小衰减系数相差50倍,通过超声特征扫描成像检测法验证了评价结果的有效性;同时测量了搅拌摩擦加工次数为3次和6次的纯铝试样的衰减系数分别是0.032、0.029 dB/mm,基本排除了在搅拌摩擦加工后纯铝晶粒变化对试验结果带来的影响;最后又采用超声衰减法从微观角度对团聚缺陷进行评价,随着搅拌次数增加,衰减系数从0.178 dB/mm变化到0.025 dB/mm,每搅拌1次衰减系数降低约1倍,可以得出团聚程度越严重,衰减系数越高。     

等离子烧结Al35Ti15Cr20Mn20Cu10/6061Al复合材料的组织与性能

采用机械合金化与放电等离子烧结工艺制备了体积分数为5%的Al35Ti15Cr20Mn20Cu10增强6061Al复合材料,重点研究了烧结温度对轻质高熵合金增强铝基复合材料微观组织及力学性能的影响。当烧结温度为540℃时,复合材料的致密度最大为98.6%。此时复合材料基体与增强体之间产生明显过渡层,界面结合以扩散结合为主。随着烧结温度升高,复合材料的屈服强度出现先上升后下降的趋势。当烧结温度为540℃时,复合材料的屈服强度达到186MPa,相比基体的屈服强度提升了约75%,复合材料的屈服强度接近Iso-strain模型的计算值。     

体积分数和烧结温度对(AlSiTiCrNiCu)p/6061Al复合材料的热导率的影响

高熵合金具有高硬度、高强度、耐磨、耐腐蚀、高温热稳定等优异性能,源于金属-金属间天然的界面结合特性,高熵合金与铝合金有良好的界面润湿性。本文采用AlSiTiCrNiCu高熵合金颗粒作为增强相增强铝合金,研究高熵合金体积分数与烧结温度对复合材料导热性能的影响。结果表明,(AlSiTiCrNiCu)p/6061Al复合材料的导热率随着AlSiTiCrNiCu颗粒体积分数的增大而降低,20 vol.% (AlSiTiCrNiCu)p/6061Al复合材料的导热率为61.59 W/(m?K),相比于基体6061Al合金降低了52 %。当体积分数为10%时,随着烧结温度的升高,复合材料的导热率降低,烧结温度为540℃时,复合材料的导热率为65.80 W/(m?K)。TEM分析,高熵合金与铝合金的界面为扩散性界面,没有发生界面发应,有助于导热率的降低。     

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.     

放电等离子烧结CoCrFeMnNi/6061Al复合材料的组织与力学性能研究

采用75 μm的CoCrFeMnNi球形高熵合金作为6061铝合金的增强体,通过放电等离子烧结(SPS)的方法制备质量分数为0.5wt％～7.0wt％的CoCrFeMnNi/6061Al复合材料,通过拉伸试验对复合材料的力学性能进行研究.结果 表明:烧结后的复合材料在高熵颗粒和基体之间形成厚度约为20 μm的花瓣状反应...     

搅拌摩擦成型对铝基复合材料性能影响

采用搅拌摩擦成型技术对铸造SiC颗粒增强铝基复合材料进行改性,从组织、力学性能和摩擦磨损性能方面进行对比分析。结果表明:搅拌摩擦成型技术能修复缺陷组织、细化晶粒,搅拌时的剪切力使得SiC颗粒被打碎并分散均匀,提高材料的力学性能,抗拉强度和屈服强度分别提高14%和16%;搅拌摩擦成型修复后材料摩擦系数的稳定性得到显著提高。     

冷喷涂技术制备Al基复合材料涂层研究进展

首先对冷喷涂铝基复合材料涂层的装备开发现状进行了总结,通过对比低压、中高压、真空、激光辅助、原位喷丸辅助冷喷涂技术的优缺点,指出现有冷喷涂装备对制备铝基复合材料的适用性。其次,通过总结冷喷涂技术在制备铝基金属间化合物、铝基陶瓷、铝基石墨烯等复合材料涂层方面的研究现状,证明冷喷涂技术在各类型铝基复合材料制备方面的优势和可行性。最后,对热处理、搅拌摩擦、热等静压和激光重熔等冷喷涂制备涂层的常用后处理方法进行了分析,阐述合理的后处理策略对提升冷喷涂铝基复合材料性能方面的重要意义。总之,专用冷喷涂装备开发、复合材料结构设计和后处理策略的体系化研究,是推动冷喷涂技术应用于金属基复合材料开发的关键。     

搅拌摩擦加工改性冷喷涂6061铝合金涂层的断裂行为

采用搅拌摩擦加工(FSP)对冷喷涂(CS)6061铝合金涂层进行表面改性,研究了改性后涂层的微观组织变化对其在静态和动态载荷下断裂行为的影响。结果表明,FSP改性后的6061铝合金涂层颗粒边界消失,缺陷基本消除,晶粒显著细化,平均晶粒尺寸为3.1μm,极限抗拉强度和伸长率分别上升19%和1730%。静态载荷下CS和FSP试样分别呈现脆性和韧性断裂。动态载荷下,相比CS试样,FSP试样的循环周次显著提升,断口表面具有单一疲劳源,断口分区明显,呈疲劳断裂特征。FSP后涂层缺陷的消除抑制了断裂的产生,提高了涂层强度,晶粒细化提供了更多晶界,阻碍了裂纹扩展,延长了断裂时间。     

搅拌摩擦加工改性冷喷涂Al-12Si合金涂层的组织和性能

采用冷喷涂在碳钢基体上沉积制备了Al-12Si合金涂层,分别采用平端面和渐开线端面的无针搅拌头以950r/min转速对涂层表面进行搅拌摩擦加工(FSP)改性。采用光镜和扫描电镜对喷涂态和FSP改性后涂层的组织结构进行了表征。结果表明:采用两种搅拌头获得了不同形貌的组织,随着渐开线端面搅拌头的移动,提高了热输入,涂层中组织出现了过热造成的气孔缺陷。Si颗粒在FSP的塑性变形过程中得到了充分的混合,均匀地分散在了涂层中,分析表明沉积粒子的再分布和晶粒的细化能显著提高涂层的表面性能,此外,两种FSP搅拌头改性后涂层表面的硬度分别为113.8HV0.5和125.1HV0.5。     

搅拌参数对半固态搅拌工艺制备(ABO_w+SiC_p)/6061Al复合材料微观组织和力学性能的影响(英文)

采用不同半固态机械搅拌工艺(变化搅拌温度和搅拌时间),制备硼酸铝晶须(ABOw)和碳化硅颗粒(SiCp)混杂增强6061铝基复合材料。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和拉伸试验研究搅拌工艺参数对复合材料微观组织和力学性能的影响。结果表明:在可以搅拌的情况,增强体在复合材料中分布的均匀性和复合材料的力学性能随着搅拌温度的降低和搅拌时间的延长而得到提高。基于对复合材料微观组织的观察和力学性能的测试得到最佳的搅拌工艺参数为:搅拌温度640℃,搅拌时间30min。     

纳米SiCw增强铝基复合材料的搅拌摩擦加工制备

用搅拌摩擦加工法制备纳米SiCw增强ZL114A铝基复合材料,并对其组织及性能进行分析.结果表明,在30 mm×6mm形成了结构致密,无明显疏松、孔洞的搅拌摩擦复合区,复合区晶粒细小,搅拌摩擦中心区SiCw分布较均匀.该复合材料经T6热处理后强化效果不明显,SiCw主要起韧化作用,搅拌摩擦中心区硬度及抗拉强度略有下降,但伸长率得到改善,比基材提高111.4％.