增强体SiCP对SiCP/Al复合材料腐蚀行为的影响

通过周期浸润腐蚀实验研究了不同SiC颗粒尺寸(70、90、140、220μm)和不同SiC颗粒体积分数(42%、49%、55%)的SiC_P/Al复合材料在酸性环境中的腐蚀行为。采用失重法、金相显微镜、X射线衍射仪以及扫描电镜分别计算腐蚀速率、观测微观组织、分析腐蚀产物的物相组成以及观察表面形貌。结果表明：腐蚀前期,SiC_P/Al复合材料的耐腐蚀性能随着颗粒尺寸的减小而降低,腐蚀中后期,耐蚀性能随着颗粒尺寸的减小反而有一定程度的提高;SiC颗粒的存在一方面促进了点蚀的成核,另一方面又打断了基体的连续性,改变了点蚀的生长方式,抑制了点蚀的进一步扩展;SiC_P/Al复合材料的耐腐蚀性能随着颗粒体积分数的提高而降低,其腐蚀产物主要为氧化铝和非晶态硫酸铝化合物。     

稀释中间复合材料法制备SiCP/356Al的研究

本文探索了一种制备SiC_P/Al的新工艺方法,即稀释中间复合材料法,以避免通常用来制备SiC_P/Al的复合铸造法中存在的浸润性差、气孔率高、存在氧化夹杂及颗粒偏聚等问题。结果表明,用该法能成功地制备10vol%和15vol%SiC_P/Al复合材料,其拉伸性能比用复合铸造法制备的同样材料高10%,且气孔率显着降低,X-rays衍射和TEM分析结果表明,该工艺过程中没有发生明显的界面反应,工艺参数的选择是合理的。     

纳米SiC晶须和SiC颗粒混合增韧ZrB2陶瓷性能

分别采用纳米SiC晶须(SiC_W)、SiC颗粒(SiC_P)及SiC_W与SiC_P共同增韧ZrB₂陶瓷,在1950℃、20 MPa压力、氩气气氛下热压烧结制备了致密的SiC/ZrB₂陶瓷材料。研究了SiC_W和SiC_P的添加量对于SiC/ZrB₂陶瓷材料的显微结构、力学性能的影响,并分析了SiC_W和SiC_P对ZrB₂陶瓷力学性能影响的协同作用和增韧机制。结果表明：含15 vol% SiC_W 的复合材料的韧性达到8.08 MPa·m1/2,含15 vol% SiC_P的复合材料的韧性达到8.515MPa·m1/2,共同添加15 vol% SiC_W和15 vol%SiC_P的复合材料的韧性最高达到9.03 MPa·m1/2。SiC/ZrB₂复合材料强度和韧性提高的原因在于SiC_W和SiC_P抑制ZrB₂晶粒长大,促进ZrB₂的致密化,此外,SiC_W和SiC_P的协同作用也有助于材料韧性的提高。     

挤压铸造法制备可变形SiCP/Al复合材料的组织与性能

通过在SiC颗粒预制块中加入铝粉的方法制备了颗粒含量可控的SiC颗粒预制块,并用挤压铸造法制备了可变形SiC_P/Al复合材料。通过对颗粒体积含量为25%的SiC_P/Al复合材料进行热挤压变形,研究了挤压变形的可行性及其对复合材料组织与性能的影响规律。实验结果表明,用本文中提出的新工艺制备的25vol%SiC_P/Al复合材料可以成功地进行挤压比为25∶1的热挤压变形,并且热挤压变形可以明显提高复合材料的强度、刚度和塑性。     

SiCP/ZA22 复合材料界面反应层形成机制

通过电镜观察和扫描能谱分析, 发现在SiC_P/ ZA 22复合材料中,SiC 颗粒和ZA 22合金富铝相α-A l 两相界面上存在着层状反应物MgAl₂O₄, 并对其产生条件进行了分析。结果表明: 在该复合材料制备温度范围内满足产生MgAl₂O₄的热力学条件, 反应层厚度符合S = A t 规律, 最终反应物量主要与合金中的M g 含量以及SiC 颗粒表面的SiO₂层厚度有关。     

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混杂对C/Al浸渍成型复合材料性能的影响

碳纤维经混杂SiC_P后用压力浸渍成型方法制备成C/Al复合材料,分析混杂的SiC_P对C/Al复合材料力学性能的影响。测试了制备成的复合材料性能,并用SEM对复合材料断面组织与断口形态进行分析。结果表明,混杂的SiC_P可以分隔纤维,有利浸渍,使纤维分布均匀从而提高了复合材料的性能,而用sol-gel方法涂复SiC层并混杂SiC_P可获得最佳的性能。     

疲劳氧化环境中3D SiCf/SiC复合材料损伤演变

研究了疲劳氧化环境中3D SiC_f/SiC复合材料损伤演变,并对该环境中SiC_f/SiC复合材料的失效机制进行了分析。结果表明,疲劳氧化环境中3D SiC_f/SiC复合材料的损伤主要为：基体开裂;热解碳界面相脱粘、氧化及取向性排列;纤维断裂、氧化及其结构的改变。这些损伤使氧化性气体通过基体开裂形成的裂纹不断氧化复合材料内部;界面相脱粘和取向性排列使纤维更容易拔出;纤维的氧化、纤维中无定形碳的增多以及SiC晶粒的长大导致纤维强度降低。     

SiC颗粒强韧化MoSi2复合材料

通过湿法混料和热压烧结工艺成功地制备了20vo1%SiC_P/MoSi₂复合材料,并测定了其显微组织和力学性能。结果表明:SiC_P/MoSi₂复合材料主要由MoSi₂和SiC颗粒组成,还有少量的Mo₅Si₃,致密度为92.3% 。与MoSi₂相比,其室温抗弯强度提高了30.6%,断裂韧性提高了53%,1200℃的抗压强度提高了44%,1400℃的抗压强度提高了53%;其硬度、弹性模量等性能有较大提高。在Al₂O₃和SiC对磨盘上表现出极其优异的耐磨性能。SiC颗粒对MoSi₂的室温增韧、高温增强效果显著。     

SiCP/AZ31镁基复合材料微弧氧化膜结构与性能分析

采用微弧氧化表面处理技术在SiC颗粒增强AZ31镁基复合材料表面制备保护性陶瓷膜.分析了陶瓷膜的表面形貌、截面组织和相组成,并测量了膜层的硬度、热震和电化学腐蚀特性.结果表明,陶瓷膜由MgO、Mg₂SiO₄和少量同电解液组成元素相关的相所组成,膜内还残留少量SiC_P增强体.膜层的最高硬度可达到HV800,比复合材料基体提高五倍以上.经过100次热循环(500℃→水淬)后膜层与复合材料结合良好,显示该膜层有较好的抗热震性能.微弧氧化处理后,SiC_P/AZ31镁基复合材料的抗腐蚀能力得到较大提高.     

SiCP/AZ80镁基复合材料的界面与断口特征

本文用SEM,TEM研究了SiC颗粒增强AZ80镁合金复合材料的界面结构和断口形貌。结果表明,SiC颗粒与镁合金界面结合紧密,没有发生界面化学反应,但在界面处可以观察到Mg₁₇Al₁₂共晶相在SiC表面形核生长。对复合材料断口观察表明,SiC颗粒与镁合金界面之间的粘结强度大于基体的撕裂强度,SiC颗粒的聚集、团聚是导致复合材料断裂的主要原因,且复合材料的断裂形式趋向脆性断裂。     

合金化填充材料Ni 对SiCP/6061Al 复合材料激光焊接焊缝显微组织的影响

以N i 片作为合金化填充材料对SiC_P/6061A l 金属基复合材料(SiC_P/6061A lMMC) 进行激光焊接, 研究了激光输出功率、焊接速度等焊接工艺参数对焊缝显微组织的影响。结果表明, 采用金属N i 片作为合金化填充材料对SiC_P/6061A lMMC 进行激光焊接, 可以在一定程度上抑制SiC 颗粒的溶解及针状脆性相Al₄C₃ 的形成, 并获得以Al₃Ni 等相为增强相的焊缝显微组织, 但在焊缝心部有粗大的气孔形成。      

Effect of re-melting on particle distribution and interface formation in SiC reinforced 2124Al matrix composite

The interface between metal matrix and ceramic reinforcement particles plays an important role in improving properties of the metal matrix composites. Hence, it is important to find out the interface structure of composite after re-melting. In the present investigation, the 2124Al matrix with 10 wt.% SiC particle reinforced composite was re-melted at 800 °C and 900 °C for 10 min followed by pouring into a permanent mould. The microstructures reveal that the SiC particles are distributed throughout the Al-matrix. The volume fraction of SiC particles varies from top to bottom of the composite plate and the difference increases with the decrease of re-melting temperature. The interfacial structure of re-melted 2124Al–10 wt.%SiC composite was investigated using scanning electron microscopy, an electron probe micro-analyzer, a scanning transmission electron detector fitted with scanning electron microscopy and an X-ray energy dispersive spectrometer. It is found that a thick layer of reaction product is formed at the interface of composite after re-melting. The experimental results show that the reaction products at the interface are associated with high concentration of Cu, Mg, Si and C. At re-melting temperature, liquid Al reacts with SiC to form Al₄C₃ and Al–Si eutectic phase or elemental Si at the interface. High concentration of Si at the interface indicates that SiC is dissociated during re-melting. The X-ray energy dispersive spectrometer analyses confirm that Mg- and Cu-enrich phases are formed at the interface region. The Mg is segregated at the interface region and formed MgAl₂O₄ in the presence of oxygen. The several elements identified at the interface region indicate that different types of interfaces are formed in between Al matrix and SiC particles. The Al–Si eutectic phase is formed around SiC particles during re-melting which restricts the SiC dissolution.     

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。     

位错对高体积分数SiCP/2024Al时效行为的影响

采用粒径为1μm的SiC颗粒,用挤压铸造法制备出体积分数为45 %的SiC_P/2024Al复合材料,研究了位错对高体积分数SiC_P/2024Al时效行为的影响。结果表明,复合材料中的高密度位错可以湮灭大量的淬火空位,这在一定程度上抑制了GP区的析出。但是,高密度位错的存在降低了其它析出相的热扩散激活能,促进了析出相形核;还能为原子的管道扩散提供通道,促进了溶质原子的扩散,加速析出相的长大,在宏观上表现为对时效行为的促进,使峰时效提前。高密度的位错为强烈依赖于位错等缺陷形核的θ'和S'相提供许多优先形核的场所,使复合材料中的形核密度增加,同时使析出相的尺寸减小,所以复合材料中的析出相呈现细小弥散的分布特点。      

轻微界面反应对SiCP/6061Al复合材料弹性模量的影响

本文首次提出控制压铸SiC_P/6061Al 复合材料中轻微界面反应的方法, 并就反应的机理及其对材料弹性模量的影响规律和机制进行了研究。结果表明: 界面反应物为离散分布的小颗粒状MgAl₂O₄, 反应中氧的主要来源为原始态SiC 颗粒表面残留的SiO₂薄层; 该种反应物的存在有利于材料弹性模量的提高。      

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。     

SiC_P表面镀Ti改性对SiC_P/Al2014复合材料组织及力学性能的影响

采用盐浴镀的方法对SiC_P进行表面镀Ti处理,并通过搅拌铸造的方法制备了表面镀Ti改性SiC_P/Al2014复合材料。研究了镀Ti SiC_P的尺寸和体积分数对SiC_P/Al2014复合材料微观组织和力学性能的影响规律。结果表明:表面镀Ti处理能有效改善SiC_P在Al基体中的分散均匀性;但随着SiC_P体积分数提高,相同尺寸的镀Ti SiC_P在Al基体分散均匀性逐渐变差,当SiC_P体积分数相同时,其在Al基体中的分散均匀性随着SiC_P尺寸的增加逐渐变好。SiC_P尺寸相同时,SiC_P/Al2014复合材料的常温拉伸强度随颗粒体积分数的增加先增大后减小,SiC_P尺寸为5μm和10μm的SiC_P/Al2014复合材料抗拉强度在颗粒的体积分数为4%时达到最高,分别为524MPa和536MPa;SiC_P/Al2014复合材料的高温(493K)抗拉强度随着SiCp体积分数增加而增大,SiC_P尺寸为5μm和10μm的SiC_P/Al2014复合材料抗拉强度在颗粒体积分数为6%时达到最高,分别为308 MPa和320 MPa。