旋转摩擦挤压加工CNTs/Al复合材料的线材组织和性能

采用旋转摩擦挤压加工方法制备体积分数分别为0、3.8%、4.5%和5.3%(体积分数)的碳纳米管增强铝基复合材料线材,进行复合材料线材显微组织观察和力学、电学性能分析。结果表明:经旋转摩擦挤压后,复合材料线材的晶粒较搅拌摩擦加工试样有所拉长和长大,但仍为超细晶结构;复合材料线材中的碳纳米管沿着挤压方向呈取向排列均匀分布于铝基体中。随着碳纳米管体积分数的增加,复合材料线材的显微硬度、抗拉强度以及电阻率均逐渐增加,且均高于同CNTs体积分数的搅拌摩擦加工块体复合材料试样,但塑性有所降低。     

挤压铸造(SiCw+CNTs)/2024Al复合材料高温摩擦磨损性能

铝基复合材料因具有低密度、高硬度、高强度以及耐磨损等特点,是制备轻量化制动零部件的理想材料。本研究采用挤压铸造法和热挤压工艺制备了具有优异耐磨性的(SiC_w+CNTs)/2024Al复合材料。利用干滑动摩擦磨损实验研究了复合材料在高温条件(200℃)不同载荷(5～20 N)下的耐磨性。研究表明,相较于2024Al,复合材料在高温低载荷条件下具有高且稳定的摩擦系数以及低的磨损率,而在高载荷条件下,其摩擦系数显著降低且出现明显的波动。通过增加载荷使得SiC_w和CNTs被拔出,CNTs自润滑能力及硬质Si Cw的表面强化作用得到充分发挥,大幅度降低了材料的摩擦系数。高温下2024Al被软化,发生粘着磨损,而复合材料中混杂增强体的存在有效提高了材料的高温耐磨性。     

TiB2/Al 复合材料摩擦行为研究

采用挤压铸造法制备TiB_2/Al复合材料并发现其在低载高速下具有自润滑特性,因此借助于摩擦试验研究了载荷、滑动速度、摩擦副对该材料摩擦行为的影响。结果表明,低载高速条件下TiB_2/Al复合材料与GCr15轴承钢室温干摩擦时,随着滑动时间的延长,平均摩擦系数未出现明显的上升或下降过渡现象,仅瞬时摩擦系数呈现出不同程度的湍流波动状态。滑动速度为0.8 m/s时,随着载荷的增大,TiB_2/Al复合材料与GCr15干摩擦的平均摩擦系数基本不变,但瞬时摩擦系数的波动幅度减小,摩擦系数的标准偏差减小。载荷为0.49 N时,随着滑动速度的增大,平均摩擦系数没有明显的变化,在0.165～0.255之间波动。与等速度变载荷时相比,等载荷变速度条件下TiB_2/Al复合材料的摩擦系数分散性比较大。采用GCr15为摩擦副时,TiB_2/Al复合材料的瞬时摩擦系数湍流波动较复合材料自摩擦时要大些。自磨时复合材料的平均摩擦系数为0.08左右,与GCr15对磨时平均摩擦系数为0.18左右。     

闭孔CNTs/Al复合泡沫搅拌摩擦焊工艺研究

闭孔Al复合泡沫作为一种典型轻质高强材料,在汽车及航空航天领域具有明确需求牵引和应用前景。采用传统方法制备泡沫铝时,生产工艺复杂、样品尺寸受限,严重阻碍了大规模生产。本文提出基于搅拌摩擦焊制备闭孔CNTs/Al复合泡沫新工艺,解决制备大面积闭孔复合泡沫的难题。利用扫描电镜对不同焊接旋转速度的闭孔CNTs/Al复合泡沫预制体及复合泡沫的微观组织进行分析;采用红外线测温仪对焊接过程中预制体温度分布进行研究。利用电子万能试验机对纯Al泡沫和不同孔隙率闭孔泡沫的屈服应力和平台应力进行对比。研究结果表明：当搅拌头旋转速度为1000rpm时,闭孔CNTs/Al复合泡沫预制体表面平滑而致密。同时,增强体CNTs均匀分布在复合泡沫预制体横截面上。在发泡温度650℃,680℃和700℃对比可知,最佳发泡温度为680℃发泡15min,泡孔结构均匀,孔隙趋于圆形,最大泡孔直径为0.48mm。常温压缩时,闭孔复合泡沫的应力-应变曲线表现出脆性与韧性相结合的变形特征。孔隙率为30.5%时,闭孔泡沫的屈服应力和平台应力值最大。同时,与纯Al泡沫相比,闭孔泡沫的屈服应力提高了2-2.8倍;平台应力提高了1.4-2.9倍。     

挤压对ZrB_2/6063Al复合材料组织及其摩擦磨损特性的影响

以6063Al-(K_2ZrF_6+KBF_4)为反应体系,原位反应制备了ZrB_2/6063Al铝基复合材料,采用挤压方法对复合材料进行塑性加工。研究了挤压前后复合材料的微观组织变化,以及挤压工艺对复合材料摩擦磨损性能的影响。结果表明:铸态原位内生制得的复合材料,基体晶粒大小为30~50μm,ZrB_2颗粒呈规则的多边形,团聚现象严重。经过挤压加工之后,复合材料晶粒细化,大小为7~14μm,增强颗粒呈有圆边的多边形,分布均匀,尺寸为1~3μm,团聚改善。由于挤压后增强颗粒分布更加均匀,颗粒更加圆钝,使得摩擦后磨痕表面更加平整,各部分凹凸差异减小。摩擦系数随着载荷的增大而减小,载荷为12 N时摩擦系数最小为0.29,相比于原始铸锭复合材料的最小摩擦系数减小了32.4%。挤压后复合材料的磨损体积和磨损宽度均减小,耐磨性也得到了很大的提高。复合材料的磨损机制是以磨粒磨损为主,轻微粘着磨损为辅。     

CNTs/Al复合材料变形和损伤行为数值模拟研究进展

CNTs(carbon nanotubes)/Al复合材料在塑性变形过程中CNTs和铝基体的力学响应复杂且存在相互影响,系统、深入地揭示微观组织损伤的产生和发展机制及其对宏观力学性能的影响规律十分困难。对复合材料的变形过程进行数值模拟,可以经济、高效地研究各种微观组织和外部因素对力学性能的影响,从而实现对损伤行为的准确预测。首先介绍了目前得到广泛应用的连续损伤模型和内聚力损伤模型,二者分别适用于描述不同条件下复合材料的变形和损伤行为;随后介绍了适合多尺度建模的代表性体积元模型,其适用于研究不同尺度下的组织结构特征对变形和损伤的影响。     

镁/碳纳米管(CNTs)复合材料的力学性能初探

用搅拌铸造法对CNTs增强镁基复合材料的室温拉伸断裂与强化机理进行了研究。结果表明，复合材料的力学性能得到了很大的提高，加CNTs起到了增强效果。     

CNTs/SiC/Cu复合材料制备及性能

以碳纳米管(CNTs)、碳化硅(SiC)粉体、锌(Zn)粉和CuSO_4·5H_2O为主要原料,用化学镀的方法制备CNTs /Cu复合粉体,再采用非均相沉淀法制备CNTs/SiC/Cu复合粉体.在750 ℃、100 MPa的制度下进行真空热压烧结后制得CNTs/SiC/Cu复合材料,其中Cu的含量(体积分数,下同)为70%,CNTs的含量(体积分数, 下同)分别为0,3%,5%,8%,12%.利用XRD、SEM分析样品的物相组成和显微结构;利用阿基米德排水法、显微硬度计、三点弯曲法测试了复合材料的密度、显微硬度和抗弯强度.结果表明,随着碳纳米管含量的增加,CNTs/SiC/Cu复合材料的密度、显微硬度和抗弯强度等性能发生相应变化,其中,抗弯强度呈现逐渐升高趋势.与未添加碳纳米管的30SiC/70Cu复合材料相比,添加12%CNTs的12CNTs/18SiC/70Cu 样品,抗弯强度提高了21.45 MPa.     

高含量B_4C/6061Al复合材料热处理的组织与性能北大核心CSCD

采用粉末冶金法制备30%B4C/6061Al复合材料坯料,经过二次加工(挤压+轧制)后得到复合材料板材,对板材进行T6(530℃保温2 h后中温水淬,175℃时效6.5 h)热处理。采用光学显微镜(OM)和透射电子显微镜(TEM)对热处理前后复合材料的微观组织形貌进行观察,运用显微硬度仪和万能拉伸试验机对复合材料的热处理前后的力学性能进行测试。结果表明:退火态时观察到再结晶晶粒和少量位错;时效态时观察到大量的位错和析出相。热处理状态对复合材料伸长率无明显的影响,但对材料的硬度和抗拉强度影响较大,B4C/6061Al复合材料经T6热处理后硬度和抗拉强度分别提高了15%和12%。     

挤压加工对SiCp／Al复合材料组织和性能的影响

开展了挤压加工对 Si Cp/ Al复合材料显微组织和力学性能的实验研究。结果表明 :挤压加工有助于提高 Si C颗粒分布的均匀性 ,挤压棒料中的 Si C颗粒在挤压方向上定向、有序地排列 ,呈现出带状组织的特征 ;挤压加工还可以消除 Si Cp/ Al复合材料毛坯中的显微疏松缺陷 ,改善铝合金基体对 Si C颗粒损伤的容限性能 ,从而大幅度地提高复合材料的强度和塑性     

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。     

锻压对原位Al3Ti/6063Al复合材料微结构及摩擦磨损性能影响

研究了不同锻压变形量30%、50%、70%,对Al3Ti/6063Al复合材料显微组织及摩擦磨损性能的影响。研究结果表明,复合材料锻压变形后,原位Al3Ti增强颗粒断裂、破碎,沿平行于锻压方向呈明显的定向分布,基体晶粒变形剧烈,形成流线型织构,材料内部产生大量位错。随锻压变形量的增加,摩擦系数降低;在相同载荷下,70%变形锻压样的摩擦系数最小;复合材料磨损表面粗糙度随锻压变形量的增加而减少,变形量为30%时,粗糙度波动范围最小,变化相对稳定;磨痕宽度随锻压变形量增加而变宽,磨痕深度则变浅;磨损机理主要是磨粒磨损。     

旋转摩擦挤压法制备Al-Mg合金的组织和力学性能

采用旋转摩擦挤压法(RFE)制备了不同Mg含量的Al-Mg铝合金,对其进行力学性能测试和显微组织观察.结果表明:退火态的5A06基材经RFE加工后,晶粒明显细化,抗拉强度和伸长率同时提高.采用5A06和AZ31B为基材经RFE加工制备Al-Mg合金后,合金抗拉强度随Mg含量的增加而增加,但伸长率却随合金Mg含量的增加而...     

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。     

原位Al_3Ti/Al复合材料的冷喷涂制备及组织性能北大核心CSCD

以Al80/Ti20(mass%)混合粉末为原料,采用冷喷涂法在低碳钢上沉积致密的Al/Ti基复合材料,对其在不同温度下(400、450、500、550和600℃)进行热处理,获得原位Al_3Ti金属间化合物颗粒增强Al基复合材料。采用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度仪及磨损试验机研究了冷喷涂Al/Ti复合材料热处理前后的微观组织形貌、相结构、硬度及磨粒磨损性能的变化规律。结果表明:冷喷涂Al/Ti复合材料的相结构与喷涂粉末相同,涂层组织致密、颗粒间为机械结合;Al/Ti复合材料在450℃热处理后其局部区域开始通过扩散反应原位形成Al_3Ti金属间化合物,而在600℃热处理后初始Ti颗粒已全部转变为Al_3Ti金属间化合物颗粒,同时,涂层内部颗粒界面间结合显著改善,从而获得原位Al_3Ti/Al复合材料。随着热处理温度升高,原位Al_3Ti/Al复合材料硬度先下降后升高,而其磨粒磨损性能则在550℃热处理后显著增加。     

搅拌摩擦加工CNTs/Al复合材料超声非线性评价

采用搅拌摩擦加工法制备碳纳米管增强铝基复合材料,针对产生的微观碳纳米管团聚缺陷,提出运用非线性超声检测方法对其进行无损评价. 根据非线性波动理论,采用二阶弹性常数作为非线性测量参数,并结合带通滤波技术设计了非线性超声检测试验系统,通过测量碳纳米管团聚程度不一样的复合材料的二阶非线性系数,得到随着碳纳米管团聚程度的加剧,二阶非线性系数呈递增趋势. 结果表明,证明采用非线性超声检测方法有望对微观碳纳米管团聚缺陷实现有效评价.     

Al含量对Cu-Be-Ni合金组织和性能的影响EI北大核心CSCD

通过添加其他合金元素部分取代Be,是低成本高性能铍铜合金的研究热点之一。研究了0~0.2%Al(质量分数)对Cu-0.3Be-2.0Ni合金组织和性能的影响规律及其作用机理。结果表明,随着Al含量的增加,铸造试样的晶粒尺寸逐渐减小、析出相含量逐渐增大,当Al含量为0.1%和0.15%(质量分数)时,形成晶内针状Ni3Al析出相,主要集中分布在树枝晶间区域;当Al含量增加到0.2%(质量分数)时,在晶内析出大量针状析出相的同时,在晶界形成呈链状分布的棒状Ni3Al析出相。添加Al元素提高了试样的弹性模量,Al含量由0增加至0.2%(质量分数),试样的弹性模量从115 GPa提高到127 GPa,提高了10%,Al与Ni形成的具有高弹性模量的Ni3Al相是合金弹性模量提高的主要原因。常规时效后含0.2%Al(质量分数)的Cu-0.3Be-2.0Ni合金峰值硬度和导电率分别为238HV和44%IACS;与不加Al的合金硬度(225HV)相比,硬度提高了6%,抗过时效能力有所提高,导电率下降了6%IACS。     

Mg/Al复合材料成型及其组织性能研究

选取Mg-8.5Al-0.5Zn-0.2Mn合金、ZAlSi12合金和中间隔板1060合金为原料,采用铸造成型的方法制备出了Mg/Al层状复合材料,研究了中间隔板厚度对复合材料组织和力学性能的影响。结果表明,复合材料中Mg-8.5Al-0.5Zn-0.2Mn合金、ZAlSi12合金和中间1060合金层结合紧密、在界面处无明显缝隙或者孔洞存在;在过渡层与Mg-8.5Al-0.5Zn-0.2Mn合金和ZAlSi12合金界面处都存在一定的硬度梯度,且中间过渡层硬度都要低于Mg-8.5Al-0.5Zn-0.2Mn合金和ZAlSi12合金母材;中间隔板厚度对Mg/Al复合材料的强度影响较小,而断后伸长率随着中间隔板厚度的增加而逐渐降低。     

挤压铸造TiB2P／Al复合材料的组织与性能

采用挤压铸造法制备TiB2p／Al复合材料，并借助XRD，SEM，TEM和三点弯曲、摩擦磨损等分析测试手段研究了该材料的组织和性能。结果表明，复合材料组织致密，颗粒分布均匀，相组成主要为Al和TiB2。TEM观察表明，T6态复合材料基体中发现大量细小的β＇析出相和位错。部分界面上存在不连续的块状反应物MgAl2O4。45％TiB2P／Al（体积分数，下同）复合材料的抗弯强度为934MPa，弹性模量为183GPa，比30％TiB2P／Al复合材料的分别提高了34％和28％。常温干摩擦条件下，TiB2P／Al复合材料摩擦系数变化平缓（在0．2左右波动），明显低于铝合金的摩擦系数；且复合材料的磨损表面较为平整、光滑，未观察到大塑性变形，呈现出良好的自润滑性能。     

CNTs含量对CNTs/Al5083复合材料力学性能的影响

利用高能球磨和冷压烧结工艺制备出碳纳米管（CNTs）增强Al5083复合材料,并对球磨过程中CNTs的演变及成型后复合材料的力学性能和形貌进行研究。结果表明,在球磨过程中,通过机械力的作用下带动钢球将CNTs切断,长径比变小,并均匀地分散在Al基体中;在CNTs含量为2wt%下,复合材料抗拉强度和屈服强度分别达到294和239 MPa,硬度达到95 HV5,复合材料的力学性能最好。通过观察复合材料的断口,随着碳纳米管含量的增加,复合材料的断口形貌从韧性断裂向脆性断裂转变。