碳纳米管增强环氧树脂基复合材料的制备及其力学性能

通过对多壁碳纳米管进行表面处理,用超声分散和模具浇注成型法制备了碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料.研究了碳纳米管含量和表面处理对碳纳米管/环氧树脂复合材料力学性能和断面形貌的影响,分析了碳纳米管对环氧树脂的增强机理.结果表明,随着碳纳米管含量的增加,碳纳米管/环氧树脂复合材料的拉伸强度和弯曲强度及模量先增加后减小;当碳纳米管的质量分数为0.5%时,复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量分别达到最大值69.8MPa、136.9MPa和3.72GPa,比纯环氧树脂提高了33.9%、29.3%和4.8%;当碳纳米管的质量分数为1.5%时,拉伸模量达到最大值2050.5 MPa,比纯环氧树脂提高了7.3%.     

长支链聚丙烯/有机蒙脱土纳米复合材料的结构及性能

采用熔融共混法用双螺杆挤出机制备了长支链聚丙烯(LCB-PP)/有机蒙脱土(OMMT)纳米复合材料,并对其结构、流变和力学性能进行了研究.透射电镜(TEM)测试结果表明,大部分OMMT在LCB-PP中发生剥离.流变行为研究发现,当OMMT的填充量达到一定临界值后,制备的纳米复合材料呈现出在低频处储能模量增加、剪切变稀行为明显等线性黏弹性行为,表明LCB-PP/OMMT内部形成了紧密和稳定的网络结构,从而抑制了大分子链的松弛和运动.力学测试结果表明,OM-MT显著提高了LCB-PP的拉伸强度、缺口冲击强度和弯曲模量,但降低了其弯曲强度.     

zrc对等离子喷涂成形钼制品的影响

采用包覆法制备了Mo-ZrC复合粉末,采用等离子喷涂成形,再对其进行热等静压处理得到复合材料零部件.将其与纯钼粉末等离子喷涂成形零部件作对比.用阿基米德法测量两种零部件的相对密度；用显微硬度计测量它们的维氏硬度；用万能材料试验机测试它们的拉伸强度；用扫描电镜观察它们的截面和拉伸断口微观形貌.结果表明,加入的ZrC在基体中呈弥散分布,且分布均匀,填充了钼颗粒之间的部分空隙.纯钼材料拉伸断口呈沿晶断裂,而复合材料的拉伸断口出现了部分穿晶解理断裂.纯钼材料的相对密度为86.5％,拉伸强度及显微硬度都较低.而复合材料的相对密度为89.7％,力学性能有显著提高,拉伸强度提高到123 MPa,显微硬度提高到275 HV0.025.     

Mg-Al-Sm系变形镁合金的组织与力学性能

镁合金在汽车、通讯电子和航空航天领域正得到日益广泛的应用,其中变形镁合金呈现出比铸造镁合金更优异的性能,但其强韧性仍有待于提高。利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析了铸态和挤压态Mg-6.02Al-1.03Sm和Mg-5.95Al-1.01Sm-0.57Zn合金的组织和相组成,并测试了其室温和高温拉伸力学性能。结果表明,上述合金的铸态组织均由α-Mg基体、不连续网状β-Mg17Al12相和小块状化合物Al2Sm组成,后者合金中添加的Zn固溶于α-Mg基体和β-Mg17Al12相中;铸态合金呈现较优异的拉伸力学性能,如室温抗拉强度σb、屈服强度σ0.2和伸长率δ分别处于220~235 MPa,118~123 MPa和12.5%~16.0%。经热挤压后,合金组织显著细化,再结晶晶粒的平均尺寸仅为12~14μm,Al2Sm相亦有所破碎;挤压态合金的拉伸力学性能显著提高:室温σb和σ0.2分别提高至300~320MPa和215~230 MPa,423 K时的高温σb,σ0.2和δ分别提高至205~215 MPa,161~166 MPa和42.0%~44.0%。     

纤维类型和涂层对纤维增强MoSi2复合材料弯曲性能的影响

以短切碳纤维(Cf)和碳化硅纤维(SiCf)为增强相,并用化学气相渗透法对部分纤维进行炭涂层处理,采用热压法制备了4种纤维增强MoSi2基复合材料(SiCf-MoSi2、SiCf/C-MoSi2、Cf-MoSi2和Cf/C-MoSi2),研究了纤维类型及表面炭涂层对MoSi2基复合材料弯曲性能的影响.结果表明纤维的加入明显提高了MoSi2的抗弯强度,加入5%SiCf和5%Cf的复合材料的强度比纯MoSi2分别提高了9.0%和22.8%,Cf增强作用明显优于SiCf;纤维类型相同时,具有炭涂层的纤维增强效果更显著,5%Cf/C-MoSi2复合材料的强度最高,达到了364.7MPa,比纯MoSi2的强度提高了30%;扫描电镜分析表明,无炭涂层的SiCf与MoSi2基体间存在着明显的裂缝,炭涂层改变了纤维与基体的界面结合;有涂层纤维的断裂机制为首先脱粘然后拔出.     

苎麻纤维增强聚乳酸复合材料性能研究

通过密炼?注塑成型工艺制备了不同苎麻纤维含量的聚乳酸基复合材料,研究了纤维含量对复合材料性能的影响规律,并揭示了纤维增强机理。研究表明,苎麻纤维的添加提高了复合材料的耐热性能,尤其是当纤维质量分数为40%时,复合材料的热变形温度提高了10.5%。此外,苎麻纤维均匀地分散在基体中,由于纤维与聚乳酸的界面强度较弱,断面上有大量的纤维拔出和纤维孔洞;差示扫描量热仪测试表明高含量的纤维限制了聚乳酸分子链的运动,促进复合材料形成更加致密完善的晶核;同时,流变行为也表明苎麻纤维含量的增加有助于提高复合材料的黏弹响应和复合黏度;最后,苎麻纤维的加入提高了复合材料的拉伸和弯曲强度,且随纤维含量的增加而增大。与聚乳酸相比,当纤维质量分数为40%时复合材料的拉伸和弯曲强度分别提高了30%和21.9%。      

球磨时间对石墨烯/ODS铜基复合材料组织与性能的影响

在铜粉中加入0.1%氧化石墨烯与0.5%超细氧化铝颗粒(均为质量分数)进行混合机械球磨,然后真空热压致密化,并同时实现氧化石墨烯的热还原,从而在ODS(oxide dispersion strengthened,氧化物弥散强化)铜基复合材料中引入石墨烯作为第二增强相,制备出石墨烯/ODS铜基复合材料。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman spectra)、力学和物理性能测试等,研究球磨时间对复合粉末及其烧结后的组织与性能的影响。结果表明,随球磨时间增加(0~8 h),复合材料的力学性能和物理性能都提高。当球磨时间为8 h时,石墨烯在铜基体中有较好的结合与分布,材料综合性能最佳,石墨烯/ODS铜基复合材料的压缩屈服强度为324 MPa,比ODS铜合金的屈服强度(250 MPa)提高29.6%;抗弯强度为621 MPa,非常接近ODS铜合金(629 MPa),弯曲断口为韧性断裂;维氏硬度(HV)为100;电导率达到87.23%IACS;热导率为385 W/(m·K)。     

PAN-CF的组织结构及力学性能

张力炭化可大大提高炭纤维的性能,在不同的温度下对聚丙烯腈基炭纤维进行张力炭化处理并进行高温石墨化,结果表明:PAN-CF(聚丙烯晴基炭纤维)的拉伸强度和拉伸模量随张力炭化温度的升高而增大,石墨化后,拉伸强度减小而拉伸模量增大。提高CF的张力炭化温度,可大大改善CF石墨化后的性能。CF的微晶尺寸(L_c)随张力炭化温度的升高而增大。石墨化后,L_c增加,层面间距(d_(002))大大减小;对于CF,张力炭化温度越高,L_c越大,d_(002)越小,并且CF内部的炭颗粒排列得越紧密,孔洞、皮芯结构等缺陷较少,CF性能较好。     

放电等离子烧结钛基磷酸三钙陶瓷复合材料的力学性能与生物活性

采用放电等离子烧结法制备钛基磷酸三钙(Ti/α-TCP)复合材料,利用扫描电镜(SEM),能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对该材料的组织结构与界面反应进行观察与分析,并测试其抗压强度与生物活性,研究烧结温度与钛含量对Ti/TCP复合材料组织与性能的影响。结果表明:烧结温度在900℃以上时,Ti与α-TCP界面发生反应;增加钛含量有利于提高复合材料的强度。在Ti/α-TCP混合粉末中添加钛网作为骨架时,界面反应更复杂,并且温度越高,反应产物越多,当烧结温度达到1 100℃时,生成Ti的氧化物以及TixPy和CaTiO_3。在900℃烧结的70Ti/α-TCP/钛网复合材料抗压强度最高,达到590 MPa,浸入模拟体液中14天后表面形成一层厚厚的磷灰石,该材料作为骨植入替换材料具有很大的应用价值。     

石墨烯含量对铝基复合材料微观组织和力学性能的影响

通过机械混合、低温球磨结合热挤压工艺制备了石墨烯增强铝基复合材料。通过透射电子显微镜(TEM)、能谱分析(EDS)和室温拉伸力学性能测试等手段,对石墨烯纳米片添加量对铝基复合材料微观组织和力学性能的影响进行了研究。研究结果表明,当石墨烯添加量为0.5%(质量分数),石墨烯基体沿着纳米晶铝的晶界均匀分布,石墨烯/铝界面结合良好。当石墨烯含量大于1.0%时,石墨烯在铝基体中分散性变差,容易团聚形成夹杂,使得石墨烯/铝界面结合变差。铝基复合材料的强度随着石墨烯添加量的增大先升高后降低。当石墨烯添加量为1.0%时,复合材料的强度达到最大值(抗拉248 MPa),与未添加石墨烯的纯铝相比,抗拉强度提高了68.7%。石墨烯增强铝基复合材料的塑性随着石墨烯添加量的增大,先保持不变而后急剧下降。当石墨烯添加量为0.5%,复合材料塑性与纯铝塑性相当。当石墨烯添加量为1.0%,延伸率为8.3%,此时材料的强韧性匹配度较好。     

再增密对机械加工后的C/C复合材料力学性能与生物相容性的影响

采用化学气相渗透工艺对机械加工后的C/C复合材料进行再增密,对比研究再增密前后材料的力学性能、表面形貌和生物相容性。结果表明:经过再增密,材料的抗弯强度和抗压强度分别提高8%和51%,分别达到269.8 MPa和317.5 MPa,弯曲模量和压缩模量均接近人骨模量;材料表面粗糙度(Ra)由3.30μm下降到2.51μm,表面形貌由粗糙疏松状转变成光滑密实结构;细胞培养结果表明经再增密处理的C/C复合材料具有良好的细胞相容性。     

稀土氧化物对激光熔覆生物陶瓷涂层在模拟体液中组织形貌与降解性能的影响

为了更好地探索稀土氧化物对生物陶瓷涂层组织形貌与降解性能的影响,在添加稀土氧化物La_2O_3的情况下,利用激光熔覆技术,结合梯度成分设计与梯度功率烧结,在钛合金表面制备了一层含羟基磷灰石(HA)和β-磷酸三钨(β-TCP)的梯度生物陶瓷涂层。经过X衍射分析仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)的分析发现:(1)稀土氧化物的加入,能够促进涂层生成HA和β-TCP,改善涂层表面在模拟体液中的开裂敏感性以及细化新生类骨磷灰石晶粒尺寸。当稀土添加量为0.4%时,涂层中HA和β-TCP衍射峰值最高,在模拟体液中浸泡14 d后,涂层表面无裂纹,形成分布均匀,大小一致的类骨磷灰石。(2)涂层在模拟体液中浸泡28 d后的降解率为0.2126%。模拟体液中Ca~(2+)和La~(3+)浓度随着浸泡时间发生变化,其中Ca~(2+)浓度呈动态的上下波动变化,且含量逐渐减小,表明Ca~(2+)从模拟体液中沉积到涂层表面的量要比涂层降解到溶液中的多;而La~(3+)浓度随浸泡时间增加而逐渐增大,在将La~(3+)浓度与浸泡时间在取对数的情况下,两因素存在明显的线性关系,并推导出关于La~(3+)浓度,浸泡时间与涂层浸泡面积的经验公式。     

SiC颗粒增强Mg-9Al-1Si复合材料的组织和性能研究

研究了SiC颗粒增强Mg-9Al-1Si复合材料的微观组织以及力学特性。结果表明:复合材料基体由α-Mg、β-Mg_(17)Al_(12)和Mg_2Si组成。SiC颗粒呈灰白色的球形,形状较为规则且分布均匀。加入SiC颗粒后,复合材料基体的平均晶粒尺寸由166μm减小为118μm。SiC颗粒增强Mg-9Al-1Si复合材料在室温下的抗拉强度、屈服强度和伸长率都优于不含SiC颗粒的Mg-9Al-1Si复合材料,相应分别提高了37.6%、58.8%与56.5%。加入SiC颗粒后,复合材料的拉伸断口形貌中出现了许多长条形的撕裂棱,局部也出现了韧窝及少量的解理台阶。     

颗粒增强铝基复合材料疲劳断裂研究

对粉末冶金法制备的碳化硅颗粒增强铝基复合材料进行了旋转弯曲疲劳试验研究。采用金相显微镜和扫描电镜分别观察了疲劳试验后复合材料纵向显微组织和疲劳断口。通过金相显微镜,观察了增强体颗粒在疲劳循环应力水平下可能的损伤形式。通过疲劳断口观察,分析了断面上不同区域的疲劳裂纹传播特征。结果表明,增强体的加入有效地提高了复合材料的屈服强度、弹性模量和疲劳性能,使复合材料高周疲劳极限提高到约250MPa（1×10^7循环周次）。复合材料的疲劳损伤随机分布于试样内。断口分析还表明复合材料疲劳同样遵循裂纹萌生,长大,失稳断裂规律,其裂纹起源于铝基体内。加入SiC颗粒减弱或遮盖了疲劳裂纹传播时的晶体学特征,使得复合材料高周疲劳断面没有发现常见的疲劳辉纹。     

40Cr热轧棒线材的生产实践

水钢采用100t转炉─LF炉精炼─150mm×150mm方坯连铸─高速线材轧制或棒材轧制的工艺流程生产出了10~12mm 40Cr盘条和20~22mm 40Cr圆钢。盘条和圆钢的钢质洁净,金相组织为铁素体+珠光体,性能满足《合金结构钢》(GB/T 3077—2015)标准要求。盘条的拉伸性能:屈服强度R_(e L)=914~1013 MPa,抗拉强度R_m=1033~1090 MPa,延伸率A=13.4%~18.8%,面缩率Z=55.6%~61.9%。圆钢的拉伸性能:屈服强度R_(e L)=880~1000 MPa,抗拉强度R_m=985~1070 MPa,延伸率A=13.2%~16.7%,面缩率Z=52.8%~58.9%。     

制备工艺对碳纤维增强碳化硅基复合材料结构和力学性能的影响

以化学气相沉积碳为界面层,聚碳硅烷为先驱体,经过10个周期的浸渍-裂解制备了三维编织碳纤维增强碳化硅复合材料(3D-Cf/SiC)。考察了碳涂层高温预处理和陶瓷先驱体第一个周期1600℃裂解对复合材料结构与性能的影响。结果表明:碳涂层高温预处理有助于复合材料密度的提高,弱化了复合材料的界面结合,从而显著提高了复合材料的力学性能,复合材料弯曲强度达到571 MPa,剪切强度51 MPa,断裂韧性18 MPa.m1/2。     

Cr含量对汽车用钛合金工艺与性能的影响

研究了Cr含量对TC4合金显微结构和性能的影响。结果表明,Cr元素能降低TC4合金的β相转变温度,当Cr含量低于3%时,TC4合金具有双态组织,Cr含量高于3%时,TC4合金中相转变完全,α相连续地分布在β相的晶界处;不同Cr含量条件下TC4合金中均存在α相和β相,随着Cr含量增多,TC4合金中β相数量明显增加;随着Cr含量增大,TC4合金的拉伸强度和屈服强度均逐渐升高,其延伸率逐渐降低,当Cr含量为4%时,TC4合金拉伸强度和屈服强度均具有最大值,分别为1 068 MPa和1 697 MPa,其延伸率具有最小值,为9.94%。     

TA15钛合金大锻件热处理强化及机制

研究了TA15钛合金大型锻件退火温度和保温时间对室温和500℃高温拉伸性能的影响,结果表明:随着退火温度的升高,拉伸强度增大,在800～890℃温度范围内,室温强度升幅达90MPa,500℃高温强度升幅达66MPa;随保温时间延长,室温和500℃高温拉伸强度呈峰值变化,保温3h时最高。研究表明,退火温度提高,基体β转变组织分解析出第二相起到强化作用,提高了大锻件的强度。     

(WO_3p+ABOw)/Al混杂复合材料制备与力学性能

采用湿成型法成功制备了比重差别大的WO3颗粒(WO3p)和硼酸铝晶须(ABOw)混杂预制块,用挤压铸造法制备混杂铝基复合材料。混杂复合材料中含(原子分数)5%WO3p和20%ABOw,不同大小的WO3p尺寸分别为18和3μm。采用扫描电镜(SEM)和万能拉伸试验机对制备的混杂复合材料试样进行微观组织观察和拉伸性能测试。复合材料组织观察表明,WO3p和ABOw在基体中随机、均匀地分布,在高倍照片中可以观察到大尺寸WO3p存在裂纹,铝液不能渗入到裂纹中。力学性能研究结果表明,尺寸较小的颗粒增强的复合材料具有高的抗拉强度和断裂延伸率;含大尺寸WO3p的混杂复合材料的抗拉强度、屈服强度和断裂延伸率分别为266.8,197.3 MPa和1.16%,含小尺寸WO3p的混杂复合材料的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为290.3,180.5 MPa和1.37%。复合材料拉伸断口形貌观察表明,两种不同WO3p尺寸的混杂复合材料断裂机制有所不同,大颗粒增强复合材料中大颗粒发生断裂,裂纹穿过颗粒扩展,晶须与界面脱粘;小颗粒增强复合材料中小颗粒与基体界面脱粘以及晶须与界面脱粘,但晶须脱粘数量明显减少,晶须拔出数量增多。     

SiC颗粒粒径对高压扭转SiC_P/Al复合材料致密度和拉伸性能的影响

采用高压扭转法(HPT)将不同尺寸的SiC颗粒和工业纯Al混合粉末直接固结成形制备SiC_P/Al复合材料。利用排水法测量复合材料的体积并计算致密度,再通过拉伸试验及拉伸断口扫描电镜观察,研究SiC颗粒粒径对复合材料致密度和拉伸性能的影响。结果表明,在200℃下,由于SiC颗粒含量一定,随着颗粒尺寸的增大,颗粒数量减少,比表面积逐渐减小,大颗粒受剪切作用而发生破碎的趋势加剧,结合不牢固的新生界面增加,导致复合材料致密度和抗拉强度呈先升高后降低的趋势;同时拉伸断口处韧窝尺寸逐渐增大,分布均匀性降低,韧窝处残留颗粒增加,复合材料韧性断裂特征减弱,脆性断裂特征增强。