颗粒增强铝基复合材料精密铸造技术

与其它铝基复合材料相比,颗粒增强铝基复合材料成本低,制备工艺简单,而且具有高的弹性模量、低的热膨胀系数、良好的导热性和耐磨性等优点。颗粒增强铸造铝基复合材料是其中重要的一类。它们和普通铸造铝合金一样可重熔铸造成形,得到各种尺寸和形态复杂的复合材料铸件。 经过10年的工作,研究课题在材料制备、精密铸造技术、高精度机械加工、表面处理等方面取得了一系列突破。课题主要开展了以下几方面的工作:     

搅拌铸造法制造颗粒增强铝基复合材料的研究与发展

回顾了搅拌铸造法制造颗粒增强铝基复合材料的起源和发展，综述了搅拌铸造中各种问题的研究状况，指出了我国在搅拌工艺研究方面的不足。     

碳纤维增强铝复合材料的界面微观结构

利用透射电镜（TEM）对超声浸渗制备的碳纤维（T300及M40J）增强铝复合丝及液矸渗法制备的碳纤维增强铝复合板材的界面微观结构进行了分析,结果表明,超声浸渗法制备的复合丝有明显的界面反应产物,T300／Al的反应程度比M40J／A1高。液相压渗法制备的复合材料界面反应不明显,表明该工艺可避免不利的界面反应发生。     

电镀镍碳纤维增强铝基复合材料

提出一种碳纤维表面电镀镍的方法,通过正交实验优化了电镀镍配方及工艺条件,并研究了镀层的显微组织及镀液的成分、电流密度、电镀时间等工艺条件对沉镍速率和镀层质量的影响,并探讨了沉镍机理.用镀镍碳纤维制备铝基复合材料,观测碳纤维与铝的复合效果.     

铸造高强度C/Al复合材料

本文介绍用铸造法制造抗拉强度超过750MPa的高强度C/Al复合材料。将国产高强度碳纤维经MSC涂层处理后以束状排布于精密铸造模壳内,在4000Pa的真空度和0.75MPa的空气压力下将356合金液浸渗入预热模壳内,凝固后获得C/Al复合材料零件或试样。试样的抗拉强度当纤维体积分数为0.35时达764MPa。论文讨论了纤维束状排布对浸渗过程和材料韧性的有利影响。     

碳化硅颗粒增强铝基复合材料的无压浸透反应机理探讨

为探讨SiCp/Al基复合材料无压浸渗反应机理,利用XPS鉴定了SiC预制体浸渗前沿界面上的反应产物结构.采用HRTEM研究了SiCp/Al基复合材料的界面结构.结果表明,浸渗与未浸渗部分之间的界面上存在MgO.Al2O3和ZnO诸化合物,没有发现氮的化合物.在SiC相与铝相的界面上仅存在MgAl2O4相,MgAl2O4相几乎连续地包敷在SiC颗粒上.这表明,高温下SiC与熔Al合金接触后,SiC颗粒表面上的SiO2与Al,Mg,Zn诸元素发生了放热反应,从而降低了表面张力,提高了湿润性.促进了自发浸渗.     

涂层碳纤维增强镁基复合材料

采用液态浸渗方法,使表面带有镍、铜和二氧化硅涂层的碳纤维与金属镁结合,形成C/Mg复合材料.研究发现:镍,铜、二氧化硅涂层均可实现镁液对纤维的润湿,形成复合材料;复合材料形成后,镍和铜涂层均已消失;镍在高温下与碳纤维相容性较差;二氧化硅涂层稳定,对纤维有较好的保护作用,涂层不同,形成了不同的纤维分布状态.     

碳化硅颗粒增强铝基复合材料的无压浸渗反应机理探讨

为探讨SiCp/Al复合材料无压浸渗反应机理,利用XPS鉴定了SiC预制体浸渗前沿界面上的反应产物结构,采用HRTEM研究了SiCp/Al基复合材料的界面结构。结果表明,浸渗与未浸渗部分之间的界面上存在MgO,Al2O3和ZnO诸化合物,没有发现氮的化合物,在SiC相与铝相的界面上仅存在MgAl2O4相,MgAl2O4相几乎连续地包敷在SiC颗粒上,这表明,高温下SiC与熔Al合金接触后,SiC颗粒表面上的SiO2与Al,Mg,Zn诸元素发生了放热反应,从而降低了表面张力,提高了湿润性,促进了自发浸渗。     

挤压铸造硼酸铝晶须增强Al基复合材料浸渗过程理论分析

本文作者采用挤压铸造法,制取了硼酸铝晶须增强Al基复合材料,并根据Laplace方程及多孔体的渗流物理基本原理,从多孔渗流动力学角度分析了挤压浸渗过程中金属液在多孔体中的流动,认为紊流才是其主要的表现形式。并较详细地分析了晶须长度对预制件孔结构及浸渗的影响。     

SiCP和短碳纤维混杂增强ZA27复合材料界面微结构研究

通过TEM对SiC_P和短碳纤维混杂增强ZA27复合材料界面特性和微观结构观察,发现SiC_P与基体之间的界面部分区域有不连续的界面析出产物.碳纤维与基体之间的界面结合较好,同样部分区域有不连续的界面析出产物.这些析出相均为铜锌铝相.此外,碳纤维与基体界面之间部分区域存在一层碳黑,这是因为碳纤维脱胶不完全引起的.此外,增强体微区分布不均匀,主要偏聚在ZA27合金最后凝固部位.     

流延法制备短纤维增强玻璃陶瓷基复合材料

研究了短纤维增强玻璃陶瓷基复合材料制备工艺中的短纤维分散和单向纤维预浸片制备。结果表明: 在聚乙稀醇水溶液与乙二醇的混合分散介质中, 采用搅拌法可以得到短纤维的均匀分散, 分散介质的触变性对于均匀分散体系的获得与保持是十分必要的; 流延法有利于控制短纤维预浸片中纤维的取向。单向预浸片热压获得了高强韧性的复合材料试样。      

用低压渗流法制备泡沫铝合金

用低压渗流法生产泡沫铝合金,研究了影响液体金属渗流高度的工艺参数。实验表明,渗流高度随着颗粒的预热温度、外加渗流压力和铝液浇注温度的升高而增加,其中颗粒预热温度的影响最为显著,其他因素的影响不大。实验还表明,颗粒尺寸对于降低渗流高度起了重要作用,颗粒尺寸越小,渗流高度越低。对于不同尺寸的颗粒,都存在一个临界预热温度。     

纤维增强金属基复合材料液相浸渗充填过程

液相浸渗法是制造纤维增强金属基复合材料的先进工艺,其浸渗充填过程是复合材料的组织和性能的主要决定因素之一。本文通过纤维增强金属基复合材料液相浸渗填充过程阻力及充填形式的研究,发现纤维分布状态及纤维与基体的润湿性决定着浸渗充填形式。探讨了通过控制纤维分布状态、改善纤维与基体的润湿性和优化工艺参数等方法,以控制浸渗充填过程,获得高性能复合材料的途径。     

氧化铝短纤维增强铝合金复合材料界面的研究

本文在浸渗法制备复合材料的基础上,研究了氧化铝短纤维增强铝合金复合材料的界面.研究结果表明,在复合材料中,纤维与基体之间存在明显的界面层,合金元素通过适当的化学反应可改善浸润状况,有利于纤维与基体的结合.试样断口分析还表明,复合材料的界面结合状况良好,可传递足够的载荷到纤维上,发挥其增强作用.     

压铸SiCw/Al复合材料的热物理性能研究

本文对用挤压铸造法制备的SiC_w/Al复合材料的热膨胀系数和热传导率进行了测试和分析。结果表明;随温度的提高,SiC_w/Al复合材料和铝合金的热膨胀系数均明显增加。经人工时效处理的复合材料热膨胀系数比铸态略有降低,而经-196℃深冷处理的复合材料表现出最低的热膨胀系数。另外,随晶须含量的提高,SiC_w/Al复合材料的热膨胀系数明显降低,并且热传导率有所下降。     

铝基复合材料薄带中SiC分布均匀性的研究

本文研究了用双辊铸机生产的SiCp/A356复合材料薄带中SiC的分布规律,着重分析了SiC颗粒的体积分数(3%～16%)和薄带的铸造速度(0.5～10m/min)对SiC颗粒分布均匀性的影响,结果表明,较高的SiC含量或较高的铸造速度均可抑制薄带表面贫SiC层的形成。     

Al2O3颗粒增强纯铝基复合材料的研究

本文探讨了用粉末冶金法,采用常规的冶金加工设备和工艺,制造Al₂O₃颗粒增强纯铝基复合材料的可行性。研究了不同Al₂O₃体积含量复合材料的显微组织及力学性能。初步试验了二次热挤压变形对颗粒分布和对基体强化的影响。结果表明,Al₂O₃颗粒与纯铝粉混合,加压烧结制备的复合材料,组织致密,颗粒分布均匀,随Al₂O₃含量增加,复合材料强度、硬度及弹性模量大大提高,Al₂O₃含量小于10%时,塑性不降低。二次热挤压有助于提高颗粒分布的均匀性;并使基体显著强化。     

非连续增强LY12复合材料蠕变机制研究

研究了应力、温度和热处理对22vol%莫来石短纤维增强LY12复合材料性能的影响,实验采用铸态、退火态和T4处理复合材料,三种状态下复合材料的抗蠕变性能均高于基体材料LY12铝合金.文中提出一种复合材料的蠕变机制:在低应力阶段,复合材料的蠕变受位错的攀移过程所控制;在高应力阶段,复合材料的蠕变受增强体与基体的界面所控制.用TEM分析了材料的界面.