稀土氧化物(La2O3或CeO2)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（FSP）的方法制备Ni/Al复合材料,并在此基础上添加不同种类稀土氧化物（La₂O₃或CeO₂）,通过SEM、EDS、XRD、电子探针（EPMA）和室温拉伸试验研究稀土氧化物对FSP制备Ni/Al复合材料组织和性能的影响。结果表明：Ni/Al复合材料复合区有较明显的Ni粉团聚物存在,Ni-La₂O₃/Al、Ni-CeO₂/Al复合材料中Ni粉团聚物数量减少,尺寸减小。La₂O₃和CeO₂均对Al-Ni原位反应有较大影响,能够促进Al-Ni原位反应的进行,生成更多增强相。Ni-CeO₂/Al复合材料与Ni-La₂O₃/Al复合材料相比,复合区组织更加均匀,增强颗粒Al₃Ni含量更多。La₂O₃和CeO₂均能显著提高FSP制备Ni/Al原位复合材料的抗拉强度。Ni-La₂O₃/Al复合材料的抗拉强度达到221 MPa,Ni-CeO₂/Al复合材料的抗拉强度达到238 MPa,两者相比于Ni/Al的复合材料抗拉强度（166 MPa）分别提高了33.1%和43.4%。     

(Al11La3+Al2O3)/Al复合材料的高温性能及其强化机制

利用Al-La₂O₃的原位反应和粉末冶金工艺制备出(Al₁₁La₃+Al₂O₃)/Al复合材料。结果表明，高能球磨和高温烧结促进了原位反应，使Al与La₂O₃充分反应并制备出致密无缺陷的材料。对其微观组织的分析表明，微米Al₁₁La₃和纳米Al₂O₃颗粒均匀分散于基体之中。这种复合材料的室温抗拉强度为328 MPa、延伸率为10.5%,350℃的高温抗拉强度为119 MPa、延伸率为10.2%。与传统Al-Cu-Mg-Ag和Al-Si-Cu-Mg耐热铝合金相比，本文的制备的(Al₁₁La₃+Al₂O₃)/Al复合材料其高温抗拉强度提高了大约20%。这种材料的室温强化机制源于Al₁₁La₃和Al     

制备工艺对原位合成(Al_2O_3+Si)_p/Al复合材料显微组织影响及体系分析

以Al-SiO_2为反应体系,通过烧结反应原位合成了(Al_2O_3+Si)_p/Al复合材料。研究了第二相含量、烧结时间以及热锻压等工艺对(Al_2O_3+Si)_p/Al复合材料的第二相形貌、尺寸及分布的影响,探讨了原位合成(Al_2O_3+Si)_p/Al复合材料的生成机制。研究表明,Si相含量随着第二相含量的增多而增多且与Al和Al_2O_3相界限相对明显;随着烧结时间的延长,Si相面积相对减小,Al_2O_3相的数量相对增加;锻压后,Si相和Al_2O_3分布更加均匀且尺寸减小。复合材料在液相烧结的过程中,高温下的液相粘性流动以及在原位反应时发生的颗粒重排与固相的溶解和沉淀对材料的致密化产生了较大的作用,当烧结温度达到1000℃时,Al_2O_3颗粒数量、分布情况都得到明显地改善。     

反应热压(Al2O3+TiB2+Al3Ti)/Al复合材料的低周疲劳行为

采用反应热压法以Al、B₂O₃、TiO₂粉和Al、B、TiO₂粉为原料制备了两种(Al₂O₃+TiB₂+Al₃Ti)/Al复合材料。后一种原料粉制备的复合材料从基体中析出了细小的Al₃Ti相。研究了应变控制原位生成复合材料的室温低周疲劳行为。结果表明,在应变幅较小时(ε_</em>t≤0.3%),不含Al₃Ti析出相的材料表现为循环稳定;而在应变幅较大时(ε_</em>t≥0.4%), 则表现为第一周的循环硬化和随后的循环软化。在所采用的应变幅下,含Al₃Ti析出相的材料均表现为循环稳定。疲劳裂纹萌生部位为Al₃Ti相断裂、Al₃Ti相与基体的界面开裂和基体中微裂纹。疲劳裂纹穿过基体,绕过Al₂O₃、TiB₂质点扩展。两种复合材料的疲劳寿命均符合Coffin-Manson公式。      

粉末冶金法制备SiC_p/Al_2W_3O_(12)/Al复合材料及其热膨胀性能

通过添加适量的Al_2W_3O_(12)负热膨胀粉体来优化碳化硅颗粒增强铝基(SiC_p/Al)复合材料的热膨胀系数。实验采用固相法制备负热膨胀性能的Al_2W_3O_(12)粉体,并按10%,20%,30%的体积比添加至SiC_p/Al复合粉体中,利用粉末冶金工艺制备SiC_p/Al_2W_3O_(12)/Al复合材料。实验结果表明:制备的复合材料组织分布均匀,致密度良好。室温到200℃内,在Al基体质量分数不变的前提下,Al_2W_3O_(12)的加入有效降低了复合材料的热膨胀系数。     

原位合成(TiB_2+TiC)/Ti_3SiC_2复相材料及其性能研究

在热力学分析的基础上,以TiH2粉、Si粉、石墨粉与B4C粉为原料,采用热压烧结法原位合成制备了(TiB2+TiC)/Ti3SiC2复相材料.采用X射线衍射、扫描电镜与透射电镜对材料的物相组成和显微结构进行了表征,研究了烧结温度对材料物相组成、烧结性能、力学性能与显微结构的影响.结果表明,1400～1600℃烧结温度范围内均能获得致密的(TiB2+TiC)/Ti3SiC2复合材料.随着烧结温度的升高,复合材料的强度、断裂韧性与显微硬度均逐渐提高,1500～1600℃烧结所得复合材料具有优化、微细的显微结构,抗弯强度与断裂韧性均分别高于700MPa与9MPa·m1/2,显微硬度为7.33～8.31GPa.原位合成的柱状TiB2与等轴状TiC协同作用,通过颗粒增强、裂纹偏转、晶粒拔出、晶粒细化等机制对Ti3SiC2基体起到了显著的补强增韧效果.     

SiC_p/6061Al原位合金化焊接增强相界面微结构分析

以Al-5Ti-5Si药芯焊丝为填充材料的SiCp/6061铝基复合材料,在交流电弧超声作用下进行等离子弧原位焊接,利用TEM和HRTEM测试手段研究了焊后新生增强相与基体的微界面结构,结果表明:所有新生增强相尺寸都有所减小,并且新生相与铝存在Al3Ti(020)∥Al(002),Al3Ti[001]∥Al[100],AlN[100]∥Al[100]的位相关系。细小的Al3Ti,TiC,Si以及AlN相与基体的结合界面干净无任何反应物生成,与基体Al原子错配度低的新生相还可作为铝的异质形核核心,细化基体晶粒。焊接接头最大抗拉强度为92.69MPa,达到母材强度的62%。     

热处理对热等静压Sip/Al-Cu复合材料显微组织和力学性能的影响

采用元素粉作为原料,通过热等静压技术(HIP)制备出50％ SiP/Al-Cu和70％SiP/Al-Cu(体积分数)复合材料,研究固溶处理和峰值时效处理对复合材料显微组织、Al2Cu相溶解过程及力学性能的影响.结果表明:热等静压技术制备的SiP/Al-Cu复合材料完全致密,组织均匀细小,材料由Si相、Al相和Al2 Cu组成,白色Al2Cu相产生于原始的Cu粉与Al粉界面处.在516℃固溶处理2h后,70％ SiP/Al-Cu复合材料中的Al2Cu相全部溶入Al基体中,而50％ SiP/Al-Cu复合材料中还残留少量Al2Cu相.经过峰值时效处理后,50％ SiP/Al-Cu和70％ SiP/Al-Cu复合材料的抗弯强度为548 MPa和404 MPa,相对于热等静压态分别提高了38.81％和13.51％,复合材料的强度显著增强.     

热处理对网状结构TiB_W/Ti60复合材料组织与性能的影响

使用大尺寸球形Ti60钛合金粉与细小TiB2粉,通过低能球磨与反应热压烧结,成功制备了增强相呈网状分布的TiB晶须增强Ti60合金基(TiB_W/Ti60)复合材料。对TiB_W/Ti60复合材料进行热处理,以改善其组织结构与力学性能。结果表明:随着固溶温度的升高,TiB_W/Ti60复合材料基体中初生α相(密排六方相)含量减少,相应地转变β组织(α′(马氏体)+残留β相(体心立方相))含量增加,TiB_W/Ti60复合材料的抗拉强度升高,塑性降低;经过1 100℃/1h固溶处理之后,TiB_W/Ti60复合材料的室温抗拉强度为1 470 MPa,延伸率为1.9%。经过时效处理后,转变β组织中的α′相分解成细小α+β相。经过1 100℃/1h固溶+600℃/8h时效处理后TiB_W/Ti60复合材料的硬度达到HV538,抗拉强度达到1 552 MPa,延伸率为1.5%,经过1 000℃/1h固溶+600℃/8h时效处理,其抗拉强度达到1 460 MPa,延伸率为2.2%。     

CNTs含量对CNTs/Al微观组织及力学性能的影响

为增加碳纳米管(CNTs)在铝基体中的分散性,利用机械球磨-真空热压烧结工艺制备碳纳米管/铝(CNTs/Al)复合材料,采用扫描电子显微镜(SEM)、电子万能试验机和万能摩擦磨损实验机,研究了CNTs质量分数对CNTs/Al复合材料微观组织、力学性能及摩擦磨损性能的影响.结果表明:CNTs经超声波预先分散后分散性增加;当CNTs质量分数为2.0%时,复合材料中CNTs与Al粉之间表现出较好的相容性;随着CNTs含量进一步增加,CNTs团聚现象严重;热压烧结温度600℃时,随着CNTs添加量的增加,铝基复合材料的屈服强度和抗拉强度呈现出明显的先增大后降低的趋势,同时,CNTs/Al复合材料的摩擦因数和磨损率随CNTs含量的增大先减小后增加;CNTs质量分数为2.0%时,复合材料的屈服强度最大值为116 MPa,抗拉强度最大值为245 MPa,与纯Al基体相比,分别提高了78%和1.9倍.2.0%CNTs/Al复合材料可获得较好的摩擦磨损性能,其摩擦系数和磨损率呈现平缓趋势,复合材料的磨痕最浅.     

纤维预热温度对连续Al2O3f/Al复合材料力学性能的影响

选用Nextel610型Al₂O₃纤维为增强体、ZL210A连续氧化铝合金为基体,采用真空压力浸渗法制备纤维增强铝基复合材料(Al₂O_3f/Al),纤维的体积分数为40%,预热温度分别为500、530、560和600℃,研究了纤维预热温度对Al₂O_3f/Al复合材料的微观组织、纤维损伤和力学性能的影响。结果表明：随着纤维预热温度的提高复合材料的致密度随之提高,最大达到99.2%,材料的组织缺陷最少,纤维的分布均匀;随着纤维预热温度的提高从复合材料中萃取出来的Al₂O₃纤维的拉伸强度不断降低,纤维预热温度为600℃的复合材料中Al₂O₃纤维的拉伸强度仅为1150 MPa,纤维表面粗糙,有大尺寸附着物。纤维的预热温度对Al₂O_3f/Al复合材料的拉伸强度有显著的影响。预热温度为500、530、560和600℃的复合材料其拉伸强度分别对应于298、465、498和452 MPa。组织缺陷、纤维损伤和界面结合强度,是影响连续Al₂O_3f/Al复合材料强度的主要因素。     

原位自生纳米Al2O3/Al-Zn-Cu复合材料的力学性能

将纳米ZnO粉末和Al粉球磨后冷压成Al-ZnO预制块,然后将其加到Al-Zn-Cu熔体中进行Al-ZnO原位反应,制备出纳米Al₂O₃颗粒增强Al-Zn-Cu基复合材料。能谱面扫描分析和透射电镜观察结果表明,复合材料由纳米Al₂O₃颗粒和Al₂Cu析出相两种颗粒/析出相组成。纳米Al₂O₃颗粒通过异质形核和晶界钉扎,细化了Al-Zn-Cu合金晶粒组织和Al₂Cu析出相。原位纳米Al₂O₃颗粒的生成提高了基体合金的拉伸性能,轧制+热处理使Al₂O₃/Al-Zn-Cu复合材料的拉伸强度比相同处理的基体合金提高约100%,总伸长率提高约98%。     

Ti811合金表面激光熔覆Ti2Ni+TiC+Al2O3+CrxSy复合涂层的组织和性能

以TC4+Ni45+Al₂O₃+MoS₂+Y₂O₃混合粉末为熔覆材料,采用同轴送粉技术在Ti811合金表面进行激光熔覆制备复合涂层,使用SEM、EDS和XRD等手段分析了涂层的微观组织,测试了涂层的显微硬度和摩擦磨损性能。结果表明,在激光熔覆过程中Ti811合金中的Ni和C分别与Ti发生反应,原位生成金属间化合物Ti₂Ni和硬质增强相TiC;MoS₂分解后S与Cr发生硫化反应生成了软质润滑相Cr_xS_y。网状形态的Ti₂Ni、近球状和枝晶形态的TiC以及点状的Al₂O₃,均匀分布在熔覆层中。硬质相强化和软质相润滑的共同作用,使激光熔覆层具有较高的显微硬度和较优良的耐磨性能。激光功率为900 W的熔覆层其平均显微硬度值达1303.5HV_0.5,其耐磨性能最佳。     

Fe/Al2O3复合材料的制备和性能

用石墨埋烧方法制备Fe/Al₂O₃复合材料,对其力学性能和微观结构进行了分析。结果表明:Fe/Al₂O₃复合材料的弯曲强度与断裂韧性均随Al₂O₃含量的升高先升高后降低,当Al₂O₃含量（质量分数）为70%时,其弯曲强度与断裂韧性分别达到602.49 MPa和9.33 MPa·m¹/2,其硬度随Al₂O₃含量先降低后升高。在烧结过程中在Fe颗粒周围形成一种成分为FeO与FeAl₂O₄的壳体,在壳体与Fe颗粒之间存在微裂纹缺陷。壳体的形成和壳体与金属颗粒间的微裂纹钝化了外部应力,从而提高了复合材料的韧性。     

Improvement of the tensile strength of Al18B4O33w/Al composite at elevated temperatures by change of interfacial state

In general, it is very difficult to obtain obviously reinforced effect in discontinuously reinforced aluminum matrix composites at the temperature above 400 °C. In the present study, we report an effective method to improve the high-temperature tensile strength of Al₁₈B₄O₃₃w/Al composite by change of interfacial state. The pure aluminum matrix composites reinforced by Al₁₈B₄O₃₃w with different ZnAl₂O₄ coating contents were fabricated by squeeze casting. The results indicate that ZnAl₂O₄ coating of the whiskers can effectively improve the high-temperature tensile strength of Al₁₈B₄O₃₃w/Al composite, although the tensile strength of the composite decreases with increasing the tensile temperature. On the basis of fractograph analysis, the fracture mechanism of the composites at elevated temperatures was investigated.     

Bi2O3助熔剂对CaO-B2O3-SiO2/Al2O3玻璃陶瓷复合材料性能的影响

以CaO-B₂O₃-SiO₂(CBS)玻璃粉体和Al₂O₃陶瓷粉体为原料,通过在CBS与Al₂O₃的质量比固定为50:50的玻璃-陶瓷复合材料中添加适量的Bi₂O₃作为烧结助熔剂,探讨了Bi₂O₃助熔剂对CBS/Al₂O₃复合材料的烧结性能、介电性能、抗弯强度和热膨胀系数的影响规律.研究表明:Bi₂O₃助熔剂能通过降低CBS玻璃的转变温度和黏度促进CBS/Al₂O₃复合材料的致密化进程,于880 ℃下烧结即能获得结构较致密、气孔较少的CBS/Al₂O₃复合材料.然而,过量添加Bi₂O₃将使玻璃的黏度过低,从而恶化CBS/Al₂O₃复合材料的烧结性能、介电性能及抗弯强度.当Bi₂O₃的添加量为CBS/Al₂O₃复合材料的1.5wt%时,于880 ℃下烧结即能获得最为致密的CBS/Al₂O₃复合材料,密度为2.82 g·cm^-3,这一材料具有良好的介电性能(介电常数为7.21,介电损耗为1.06×10^-3),抗弯强度为190.34 MPa,0~300 ℃的热膨胀系数为3.52×10^-6 K^-1.     

几种不同改性剂对稻草/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯复合材料性能的影响

以稻草纤维及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）为原料,分别以活性炭、Al₂O₃、SiO₂和硅烷偶联剂为增强改性剂,通过混炼-模压工艺制备了改性剂-稻草/ABS复合材料,对比研究了几种不同增强改性剂的增强效果及其增强机制。结果表明：硅烷偶联剂对稻草/ABS复合材料的增强效果较差,活性炭、Al₂O₃和SiO₂对稻草/ABS复合材料的增强均优于硅烷偶联剂,其中Al₂O₃的增强效果最佳。当Al₂O₃的添加量（Al₂O₃∶ABS质量比）为5%时,Al₂O₃-稻草/ABS复合材料的拉伸、弯曲及冲击强度分别达到最大值27.719 MPa、61.05 MPa和26.53 kJ/m²;当无机物添加量（无机物∶ABS质量比）为5%时,复合材料的耐水性能表现为：5% Al₂O₃ > 5%活性炭 > 5% SiO₂ > 未添加,与复合材料的力学性能梯度相符;改性剂-稻草/ABS复合材料的流变性能则表现为：5%活性炭 > 5% Al₂O₃ > 5% SiO₂ > 未添加。     

Al-TiO2-B2O3-C系XD合成铝基复合材料的反应机理及力学性能

研究了Al-TiO2-B2O3-C反应系XD合成铝基复合材料的反应机理.结果表明在Al-TiO2-B2O3-C系中,当B2O3/TiO2摩尔比=0.5,C/TiO2摩尔比=0时,TiO2和B2O3分别与Al结合生成热力学稳定的Al2O3和活性Ti原子、B原子,B原子和Ti原子分别穿过各自反应层结合生成热力学稳定的TiB2,过剩的Ti原子则与Al结合生成棒状物Al3Ti;加入碳粉后,Ti原子将优先与C和C与Al的化合物Al4C3反应生成TiC,Al3Ti逐渐减少,在C/TiO2摩尔比为0.5时,Al3Ti相基本消失,力学性能得到改善,其拉伸强度和延伸率分别从266MPa和3%增加到315MPa和7%.     

低温燃烧法制备(W,Mo)C/Al2O3/La2O3复合粉末及性能

为了开发出一种无黏结相硬质合金来减少传统硬质合金中钴元素的应用,采用化学法制备(W,Mo)C/Al₂O₃/La₂O₃。以偏钨酸铵、钼酸铵、硝酸铝、硝酸镧、尿素和葡萄糖为原料,通过低温燃烧法探究硝酸盐和尿素、葡萄糖的不同配比,得出最优配比后还原炭化制备(W,Mo)C/Al₂O₃/La₂O₃粉末。在1500~1800℃经离子烧结制备(W,Mo)C/Al₂O₃/La₂O₃无黏结相材料,研究其力学性能并分析强韧化机制。结果表明:硝酸盐和尿素的最佳摩尔配比为1∶2,硝酸盐和葡萄糖的最佳摩尔配比为1∶0.5,加入葡萄糖后颗粒尺寸减小了0.28μm,比表面积提高了75.64%。致密度、维氏硬度和抗弯强度在1600℃时达到最大值分别为:98.45%,2202HV和1203 MPa,断裂韧度在1500℃时达到最大值为7.52 MPa·m^1/2。由于晶粒的细化及第二相颗粒的增韧的影响,(W,Mo)C/Al₂O₃/La₂O₃在1500~1600℃时以沿晶断裂和穿晶断裂为主;晶粒长大以及孔隙的出现导致(W,Mo)C/Al₂O₃/La₂O₃在1700~1800℃时以沿晶断裂为主。