颗粒尺寸对SiC_P预制体孔洞三维特征的影响

通过模压成型和高温烧结制备了不同SiC_P颗粒尺寸(20、50、100和150μm)的预制体,采用高分辨率(~1.0μm)三维X射线断层扫描和三维孔隙网络结构模型,研究了SiC_P颗粒尺寸对预制体孔洞三维特征的影响。结果表明:随着SiC_P颗粒尺寸的增大,淀粉的间隙膨胀作用逐渐减弱,而颗粒堆积间隙逐渐增大。当SiC_P颗粒尺寸由20μm增大到100μm时,截面孔洞形貌更加平齐,面孔隙率均值减小,孔洞体积的空间分布均匀性和连通性都变差,孔洞和喉道的平均尺寸增大,而小尺寸孔喉数量减少,平均孔洞配位数减小;当颗粒尺寸继续增大至150μm时,间隙被更多较小尺寸颗粒填充,且颗粒表面残留网状粘结剂,都大大降低了孔洞体积的空间分布均匀性和连通性,使小尺寸孔喉数量增多,平均孔洞配位数增大。     

等通道角变形对搅拌铸造SiC_P/AZ91复合材料显微组织与室温性能的影响

采用搅拌铸造法成功制备了SiC_P/Mg(AZ91)复合材料并对铸态复合材料进行了等通道角挤压变形(Equal channel angular pressing,ECAP)。结果表明,搅拌铸造态SiC_P/AZ91复合材料的基体组织致密,颗粒与基体结合良好,没有出现宏观团聚;SiC_P大部分聚集在晶界附近区域并呈"项链状"分布。ECAP变形可以有效地消除铸态SiC_P/AZ91复合材料中的SiC_P"项链状"分布,并且随着ECAP道次的增加,SiC_P分布更加均匀;在ECAP过程中,SiC_P发生了一定断裂但并不明显。SiC_P/AZ91复合材料基体晶粒随着变形道次的提高而逐渐细化。基体晶粒细化以及SiC_P分布均匀化是SiC_P/AZ91复合材料屈服强度和抗拉强度随着道次提升而逐渐增加的主要原因。     

扭转圈数对高压扭转SiC_P/Al复合材料界面扩散行为和组织性能的影响

采用OM和EDS研究不同扭转圈数下高压扭转法制备SiC_P/Al复合材料的显微组织和界面扩散行为,并结合组织特点和界面特征分析扭转圈数对复合材料拉伸性能和断裂机理的影响。结果表明:扭转圈数的增加可以有效提高SiC颗粒分布的均匀性,闭合孔隙,界面处Al元素扩散能力增强,扩散距离增大,Al扩散系数实际计算值较理论值增大了10~(17)倍,形成以元素扩散和界面反应为主的强界面结合,试样抗拉强度和伸长率不断提高,少量的SiC颗粒均匀分布在断口韧窝中,断裂主要以基体的韧性断裂为主;当扭转圈数较大时,SiC颗粒在剧烈剪切作用下破碎加剧,颗粒"再生团聚"导致孔隙率增大,潜在裂纹源增多,形成大量结合强度较低的断裂新生界面,试样抗拉强度和伸长率显著降低,在团聚位置易形成尺寸较大的深坑韧窝,复合材料断裂呈现韧性断裂与脆性断裂的混合模式。     

石墨表面镀Si对石墨/Al复合材料热物理性能的影响

研究了石墨粒径及表面镀Si处理对石墨/Al复合材料热物理性能的影响。结果表明:在盐浴过程中石墨表面形成了SiC层,这不仅增强了石墨-Si/Al复合材料的界面结合力,而且抑制了Al4C3相的产生。随着石墨鳞片体积分数从50%增加到70%,复合材料X-Y方向的热导率从492 W/(m·K)增加到654 W/(m·K),而且体积分数为50%的镀Si石墨/Al复合材料抗弯强度达到了81 MPa,相比未镀覆的提高了53%,是理想的定向导热电子封装材料。随着石墨粒径从500μm减小到150μm,石墨-Si/Al复合材料X-Y面方向的热导率由654 W/(m·K)降低到445 W/(m·K),但Z方向的热导率和复合材料抗弯强度变化不明显。     

SiC_P/AZ91复合材料的显微组织、力学性能及强化机制

通过搅拌铸造工艺制备出SiCP体积分数分别为2%、5%、10%和15%的4种5μm SiCP/镁合金(AZ91)复合材料。对5μm SiCP/AZ91进行了固溶、锻造和热挤压。通过与AZ91对比,研究了SiCP对AZ91基体热变形后显微组织和力学性能的影响规律。结果表明:SiCP/AZ91热变形后的晶粒尺寸取决于SiCP的体积分数。SiCP的体积分数由0%增加到10%时,SiCP/AZ91热变形后的平均晶粒尺寸减小;当SiCP颗粒继续增加到体积分数为15%时,平均晶粒尺寸反而增大。SiCP的加入能显著提高AZ91的屈服强度和弹性模量,并随颗粒体积分数的增加而增大。SiCP对AZ91基体的强化作用主要源于位错强化、细晶强化和载荷传递作用,其中,细晶强化对屈服强度的贡献最大。     

原位Al_2O_3颗粒增强铝基复合材料的高能超声制备及性能研究

采用反应烧结和熔体超声分散法,以SiO2为原料成功制备了Al2O3颗粒增强铝基复合材料。利用X射线衍射仪、差热分析仪、扫描电镜、能谱仪等分析了复合材料的显微组织、生成的颗粒以及颗粒的形貌、尺寸和颗粒的分布。利用电子式万能试验机进行室温拉伸实验。结果表明,在800℃下,经过8h烧结后的坯块中SiO2完全反应生成了团聚的Al2O3颗粒,Al2O3颗粒粒度约为1μm。在熔体中施加1.0kW/cm2的高能超声使坯块熔化,获得的复合材料中Al2O3颗粒分布均匀,颗粒尺寸基本没有变化;复合材料的抗拉强度110.6 MPa,较纯铝基体的92.0MPa,提高了20.2%。     

原位合成TiC/Al(7075)复合材料的组织及力学性能

采用原位合成法制备TiC/Al(7075)复合材料,研究原位TiC颗粒的存在形式、分布状态及不同原位TiC颗粒含量对TiC/Al(7075)复合材料的微观组织及力学性能的影响。结果显示,TiC颗粒多以近球形团聚态存在于7075铝基体中,颗粒团大小约为1μm。当原位TiC颗粒质量分数小于6%时,原位TiC颗粒分布较为均匀,随着颗粒含量的增加,TiC/Al(7075)复合材料的铸态组织由蔷薇状组织逐渐转变为等轴晶组织,晶粒尺寸也随着原位TiC颗粒含量的增加而减小。当原位TiC颗粒的质量分数大于6%时,组织中出现气孔。复合材料的硬度和抗冲击韧性测试表明,TiC/Al(7075)复合材料的硬度随TiC颗粒含量的增加而增加,最高硬度达HB 108,冲击韧性在颗粒质量分数为6%时达到最佳,较基体提升31.55%。     

Mg对原位合成TiC-Al2O3/Al复合材料组织与耐磨性的影响

以TiO2,C,Al和Mg粉为原料,原位合成TiC-Al2O3/Al基复合材料。采用XRD和SEM及磨损实验等手段研究Mg对复合材料微观组织及耐磨性的影响。结果表明:Mg影响反应过程及第二相分布,随着Mg含量的增加耐磨性逐渐增加,当预制块中镁为1.0%(质量分数)时,第二相分布弥散、细小,其颗粒尺寸约为2μm,耐磨性最好,磨损量仅为基体的1/6,继续增大Mg含量,由于生成大量粗针状Al3Ti,复合材料的耐磨性反而降低。     

Al-TiO2-B系XD合成铝基复合材料的力学性能

本文主要讨论了Al-TiO2-B系XD合成铝基复合材料的力学性能及其增强机理.研究结果表明:当B/TiO2摩尔比从0增加到2时,棒状物Al3 Ti增强相逐渐减少直至消失,Al2O3颗粒分布的均匀性提高,TiB2粒状弥散分布在合金基体中,材料的抗拉强度明显增强,由224.5MPa上升到354.5MPa,延伸率也由3.2%增加到5.6%.Al2O3和TiB2主要以奥罗万机制强化基体,而Al3 Ti则以位错塞积强化基体.     

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.     

SiCP/Al复合材料的拉伸性能

对高体积分数碳化硅颗粒增强铝基(SiC_P/Al)复合材料的拉伸强度进行了试验研究。发现在较高应力水平下经过2次卸载的试件与未做卸载的试件相比,拉伸强度变化很小,说明加载-卸载过程对材料的拉伸强度影响不大。在试验研究的基础上,使用ANSYS软件建立了有限元模型,对SiC_P/Al复合材料的拉伸特性进行了仿真模拟。研究结果表明,低体积分数SiC_P/Al复合材料的力学性能更接近塑性材料;而高体积分数SiC_P/Al复合材料的力学性能则接近于脆性材料。拉伸强度模拟计算误差非常小,基体破坏是导致高体积分数SiC_P/Al复合材料破坏的主要因素。     

SiCP/Al复合材料力学性能及显微结构分析

采用粉末冶金 热挤压法制备了10%SiCP/6066Al(体积分数)复合材料.对材料拉伸性能进行了研究,并利用金相显微镜、扫描电镜和透射电镜对微观组织结构进行了观测.实验结果表明:SiC颗粒在铝基体中分布比较均匀;T6热处理条件下10%SiCp/6066Al复合材料的抗拉强度和屈服强度分别约为430.5、354.1MPa,其延伸率为5%,弹性模量为84.5GPa.加入SiC颗粒后合金基体晶粒细化同时位错密度提高,位错强化和细晶强化在SiCP/Al复合材料的强化机制中起了主要作用.     

高压扭转对SiC_P/Al复合材料微观组织和力学性能的影响

为研究大塑性变形对金属基复合材料微观组织和力学性能的影响,利用高压扭转工艺(HPT)在200℃下将纯Al粉末和经氧化处理的SiC粉末混合固结成10wt%SiC_P/Al复合材料。采用TEM观察HPT变形后不同圈数试样的SiC-Al界面及Al基体微观组织,采用EDS能谱仪分析界面处原子扩散现象,采用万能拉伸试验机测试研究不同扭转圈数试样的力学性能。结果表明:不同圈数试样Al基体内出现大量位错、非平衡晶界等晶格缺陷;组织内存在两种SiC-Al界面,含SiO_2层的原始界面和因颗粒破碎而新生成的界面。两种界面结合良好,界面处元素相互扩散;随着扭转圈数的增加,10wt%SiC_P/Al复合材料抗拉强度增加,延伸率得到较大提高。分析发现高压扭转后不同圈数组织内产生的大量晶格缺陷和细小晶粒,促进界面处元素的相互扩散,使界面结合良好,同时大量晶格缺陷和细小晶粒的产生以及结合良好的SiC-Al界面是SiC_P/Al复合材料力学性能大幅提升的主要原因。     

高能球磨制备SiC／Al复合材料的研究

采用高能球磨法制备了SiC／Al复合粉体,研究了制备SiC／Al复合粉体的成型工艺、SiC粒度和质量分数的变化对材料机械性能的影响,SiC／Al复合材料性能研究表明,SiC／Al复合材料的硬度及抗拉强度随SiC的粒度降低和质量分数的增加而增加,当16％SiC／Al时,复合材料的硬度和抗拉强度都达到最佳值,分别为95HB和248MPa。     

原位自生TiB2/Al-4.5Cu复合材料微观组织和力学性能

采用混合盐反应法制备TiB2含量分别为0%,2%,5%,8%(质量分数,下同)的TiB2/Al-4.5Cu复合材料,T6热处理后,采用XRD,ICP,OM,SEM,EDS等测试手段和室温拉伸实验进行微观组织观察和力学性能测试。XRD和ICP测试证实,合金体系中仅含α-Al,Al2Cu及TiB2,无Al3Ti,Al2B等反应中间产物。OM和SEM发现,基体材料中α-Al平均晶粒尺寸为167.5μm,而在2%,5%,8%的TiB2/Al-4.5Cu中,其平均晶粒尺寸依次为110.4,87.2,75.2μm,晶粒细化效果显著。TEM观察发现,TiB2颗粒主要分布在晶界处,呈四方和六方结构。室温拉伸实验表明,随着TiB2含量的增加,强度、显微硬度值均呈增加趋势,但伸长率不断下降。当加入8%TiB2时,屈服强度、抗拉强度、弹性模量和显微硬度分别达到356 MPa,416 MPa,92.5GPa和96.5HV,但其伸长率从10.3%降低到4.3%。载荷传递强化、细晶强化、位错增殖强化是TiB2/Al-4.5Cu复合材料力学性能得以大幅提升的影响因素,尤其是在位错增殖强化作用下,TiB2颗粒周边致密分布的位错胞、位错环对强度的提升起到了决定性作用。     

Property Characteristics of a TiB2P/AI Composite Fabricated by Squeeze Casting Technology

TiB2P/Al composite was successfully fabricated by squeeze casting technology. Its mechanical and tribological properties were evaluated. The elimination of Ti-Al intermetallic compound was confirmed by X-ray diffraction (XRD) studies. At 45% volume fraction, the bending strength at ambient temperature was 934 MPa. And the fracture modes included ductile failure of Al matrix and brittle fracture of TiB2 particles. In dry sliding wear mode, severe plastic deformation and adhesive wear were found on the worn surfaces of the SiCP/Alcomposite. But no obvious characteristics of adhesion or abrasion wear were observed on that of the TiB2P/Al composites. At the steady stage, the friction coefficient of the SiCP/Al composite was about 0.6. While that of TiB2P/Al composite was only about 0.16～0.17.     

增强体种类及含量对金属基复合材料力学性能的影响

用粉末冶金法制备了氧化铝、碳化硅颗粒增强的几种铝合金复合材料, 对不同增强体含量的复合材料进行了力学性能测试。研究结果表明, 复合材料拉伸弹性模量随增强体含量增加而升高, 断裂延伸率下降。SiC_P/2024 具有最高的强度和增强效率, 随增强体含量增加至25% , 强度逐渐升高; SiC_P/7075 的强度水平低于基体合金; SiC_P/Al (工业纯) 强度提高幅度较大; Al₂O_3P/2024的强度随增强体含量增加呈先上升、后下降趋势。分析认为不同复合材料间的这种性能差异由增强体与基体强度水平和变形行为特征所决定。高强度、高模量的增强体与高强度、高形变硬化率的基体的配合是获得高强度复合材料的重要条件。      

B_4C增强铝基复合材料力学性能有限元模拟

建立了颗粒增强铝基复合材料的轴对称单胞模型,并通过有限元方法模拟了B_4C颗粒增强5083铝基复合材料的力学性能和微观应力分布。结果表明,模拟结果与实验结果吻合较好,模拟椭球体颗粒增强复合材料的抗拉强度为485 MPa,而实验值为477 MPa,相对误差仅为1.7%。颗粒形状对复合材料微观应力场有很大影响:圆柱体颗粒的尖角处容易造成应力集中,而球体颗粒界面处应力分布较为均匀。在一定范围内,复合材料的弹性模量和抗拉强度随着B_4C颗粒体积分数的增加而增加。在颗粒体积分数不变的情况下,不同长径比的颗粒沿复合材料受力方向定向排列时,颗粒的长径比越大,复合材料的弹性模量、强度等力学性能也越高。