硅酸铝短纤维增强AZ91D复合材料的界面微观结构及力学性能

以晶化的硅酸铝短纤维（Al₂O₃-SiO₂ ）_sf为增强体、用磷酸铝为预制体粘结剂,通过挤压浸渗工艺制备了（Al₂O₃-SiO₂ ）_sf /AZ91D镁基复合材料。通过光学显微镜、TEM和HREM分析研究了复合材料的界面微观结构和界面反应产物。结果表明：用挤压浸渗法制备的硅酸铝短纤维增强AZ91D镁基复合材料的界面厚度约为100 nm,界面上除有一定数量的MgO颗粒和少量的MgAl₂O₄和Mg₂Si颗粒外, 还有少量的MgP₄等反应产物存在;硅酸铝增强纤维与镁合金基体之间形成了较强界面结合,界面微观结构比较理想。力学性能测试表明,与AZ91D基体合金相比,复合材料的室温抗拉强度提高了约18%,弹性模量提高了约58%。     

硅酸铝短纤维增强铝硅合金复合材料的界面结构

用挤压铸造法制备硅酸铝短纤维(Al₂O₃·SiO₂) 增强铝硅(Al-Si) 合金复合材料, 并利用透射电镜观察了Al₂O₃·SiO₂ 纤维与Al-Si 合金基体界面。结果表明: 硅酸铝纤维局部区域与合金中的镁及预制件中的粘结剂起反应, 反应生成物分别为M gAl₂O₄ 和Si₃ (PO₄)₄。      

压铸(Al63Cu25Fe12)p/AZ91复合材料的组织、性能和热处理特征

在CO2/SF6气氛保护下,采用压铸的方法将-200目的Al63Cu25Fe12准晶粉末注入到熔融的AZ91镁合金中,于720℃和一定的压力下保压30min,制备了新型的(Al63Cu25Fe12)p/AZ91镁基复合材料.结果表明,在复合过程中,准晶相分解出的自由Cu向基体扩散并与基体中的Al发生反应,生成的金属间化合物分布在准晶颗粒周围,同时Mg向颗粒中浸渗填充到颗粒的孔隙中;复合材料具有不同于基体镁合金的固溶时效特征,需要更长的时间才能达到时效峰值;复合材料经过热挤压和热处理后的力学性能显著提高,抗拉强度从AZ91铸态材料的189.54MPa提高到359.38MPa,但塑性有所降低.     

界面对硅酸铝短纤维增强AZ91D镁基复合材料蠕变性能的影响

界面对复合材料蠕变性能的影响很大。在试验分析的基础上建立了硅酸铝短纤维增强AZ91D镁基复合材料理论分析模型,利用三维有限元分析方法,系统研究了界面特性、界面上应力应变分布和短纤维位向变化对硅酸铝短纤维增强AZ91D镁基复合材料蠕变性能的影响。研究表明：界面特性,如厚度、模量,均对纤维最大轴应力和稳态蠕变速率有影响,当界面厚度增加,纤维最大轴应力减小而稳态蠕变速率增大;当界面模量增大,纤维最大轴应力增大而稳态蠕变速率减小,但当界面模量高于基体模量时,纤维最大轴应力和稳态蠕变速率均保持不变;纤维位向也影响轴应力分布和稳态蠕变速率,纤维在其末端界面上存在较大的应力和应变,此处容易产生微裂纹而使材料抗蠕变能力下降;界面对硅酸铝短纤维增强AZ91D镁基复合材料的蠕变曲线和蠕变断裂机制也有影响,其影响程度还与纤维位向有关。     

放电等离子体烧结制备Mg85Zn6Y9颗粒增强Mg-9Al-1Zn复合材料组织与力学性能

采用高能球磨法和放电等离子体烧结（SPS）技术,以包含100%长周期堆垛有序结构（LPSO）相Mg₈₅Zn₆Y₉镁合金为原料,通过将其球磨成纳米晶颗粒后与Mg-9Al-1Zn（AZ91）镁合金雾化颗粒进行机械混合,并在350℃烧结温度下成功制备出不同质量分数（0~30wt%）的LPSO相Mg₈₅Zn₆Y₉颗粒增强AZ91复合材料（Mg₈₅Zn₆Y₉/AZ91）。采用光学显微镜（OM）、SEM及TEM对Mg₈₅Zn₆Y₉/AZ91复合材料的微观组织结构进行表征;采用XRD分析其固溶处理前后的相转变;与此同时对复合材料进行显微硬度与压缩试验,综合研究其微观组织与力学性能的关系。相关结果表明,Mg₈₅Zn₆Y₉颗粒经3 h高能球磨后颗粒尺寸显著减小,硬度随晶粒细化而提升。Mg₈₅Zn₆Y₉增强颗粒主要分布在AZ91基体颗粒边界处,随着Mg₈₅Zn₆Y₉质量分数的增加,增强相颗粒有相互结合成连续网格状趋势。增强颗粒与基体界面处未见明显过渡层,基体界面处的β相经400℃×24 h固溶处理后进入基体,部分增强颗粒亦转变为Mg相。本实验条件下制备的最佳性能的20wt% Mg₈₅Zn₆Y₉/AZ91复合材料经固溶处理后的室温屈服强度从200 MPa转变为230 MPa,屈服强度均较未添加Mg₈₅Zn₆Y₉的AZ91镁合金有较大的提高。     

纤维长度和体积分数对Al2O3-SiO2 / Al2Si微屈服行为的影响

以通过浸渗挤压工艺制备的Al₂O₃-SiO₂ / Al₂Si 复合材料为研究对象, 使用配备有精度达10 - 7位移测量装置的Inst ron5569 电子拉伸试验机, 并采用连续加载法, 详细研究了晶化硅酸铝短纤维的体积分数和短纤维长度对铝硅基复合材料微屈服行为的影响规律, 并定性分析了原因。结果表明: 随着晶化硅酸铝短纤维体积分数的逐渐增大, 铝硅基复合材料的微屈服强度逐渐减小, 但其宏观屈服强度和弹性模量却逐渐增大; 随着晶化硅酸铝短纤维长度的逐渐增加, 铝硅基复合材料的微屈服强度逐渐减小, 但其宏观屈服强度却逐渐增大。      

碳纳米管-Ti3AlC2/AZ91D复合材料的微观组织及力学性能

采用化学镀铜的方法对增强相碳纳米管(CNTs)和Ti₃AlC₂进行表面改性,热压烧结制备了CNTs-Ti₃AlC₂/AZ91D复合材料,研究了其微观组织和力学性能的变化及增强机制。结果表明:CNTs-Ti₃AlC₂/AZ91D复合材料内部主要物相为CNTs、Ti₃AlC₂、Mg和Al₁₂Mg₁₇,增强相均匀分布在基体内,在增强相与基体的界面处存在U相(MgAlCu),使二者界面结合良好。当增强相CNTs 和Ti₃AlC₂含量分别为1wt%和25wt%时,较镁合金AZ91D,CNTs-Ti₃AlC₂/AZ91D复合材料的弹性模量、拉伸强度、屈服强度和延伸率分别提高了120.30%、25.72%、126.50%和36.84%,弯曲强度和压缩强度分别为337.92 MPa和436.27 MPa。CNTs-Ti₃AlC₂/AZ91D复合材料的断裂方式表现为脆性断裂,其强化机制主要为热配错强化、Orowan强化和细晶强化机制。      

无压浸渗法制备氧化态SiC颗粒增强铝基复合材料

研究了SiC颗粒在1000~1200℃的氧化行为, 其氧化增重率与保温时间符合抛物线规律, 氧化增重受扩散过程控制, 氧化激活能为219 kJ/mol. 采用预氧化处理的SiC颗粒为增强体, 含Si、Mg的铝合金为基体, 通过无压浸渗方法制备了SiC_p/Al复合材料, 分析了复合材料的微观组织与界面形貌, 探讨了无压浸渗机理. 复合材料中颗粒分布均匀, 无偏聚现象. 材料制备过程中存在界面反应, SiC颗粒表面的氧化层与铝合金中的Mg、Al反应形成了一定数量的MgAl₂O₄. 界面反应的存在提高了润湿性, 促进了无压自发浸渗.     

挤压浸渗法制备Csf/Al复合材料的组织与性能

以M40石墨短纤维为增强体，LY12铝合金为基体，用挤压浸渗法制备了短碳纤维增强铝基复合材料，研究了浸渗工艺对复合材料的界面反应和组织与性能的影响，以及不同碳纤维体积分数下的常温及高温力学性能，结果表明，在冷却速度相同的情况下，浸渗温度即铝液的浇注温度对界面反应及复合材料的组织与性能影响较大，740～780℃时界面反应不明显或有轻微的界面反应，材料的性能较好．高于800℃时，碳纤维有氧化现象发生，材料的性能严重下降，甚至低于基体性能，随着碳纤维体积分数的增加，复合材料的常温及高温力学性能提高。     

纤维长度和体积分数对Al2O3-SiO2/Al-Si微屈服行为的影响

以通过浸渗挤压工艺制备的Al2O3-SiO2/Al-Si复合材料为研究对象,使用配备有精度达10-7位移测量装置的Instron5569电子拉伸试验机,并采用连续加载法,详细研究了晶化硅酸铝短纤维的体积分数和短纤维长度对铝硅基复合材料微屈服行为的影响规律,并定性分析了原因.结果表明: 随着晶化硅酸铝短纤维体积分数的逐渐增大,铝硅基复合材料的微屈服强度逐渐减小,但其宏观屈服强度和弹性模量却逐渐增大; 随着晶化硅酸铝短纤维长度的逐渐增加,铝硅基复合材料的微屈服强度逐渐减小,但其宏观屈服强度却逐渐增大.     

Microstructure and Mechanical Behavior of Squeeze Cast SiCw/AZ91 Magnesium Matrix Composites

［1］S.Ryu, J.Kaneko and M.Suganuma: J. Japan Inst. Metals, 1997, 61, 1160. ［2］H.Hu: J. Mater. Sci., 1998, 33, 1579. ［3］B.L.Mordike, K.U.Kainer and B.Sommer: in Proc.3rd Inter. Magnesium Conf., Manchester, UK, 1996, 637. ［4］S.Kamado, T.Shikawa, T.Wada and Y.Kojima: J. Japan. Inst. Light Metal, 1996, 46, 71. ［5］M.Vedani, E.Gariboldi, G.Silva and C.Di. Gregorio: Mater. Sci. Tech., 1994, 10, 132. ［6］B.R.Henriksen and T.E.Johnsen: Mater. Sci. Tech.,1990, 6, 857. ［7］Mingyi ZHENG: Ph.D. Thesis, Harbin Institute of Technology, 1999. (in Chinese)     

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.     

Preparation of Alumina Fiber-Reinforced Aluminum by Squeeze Casting and Their Machinability

Alumina fiber-reinforced aluminum alloy composites were prepared by squeeze casting, and the effect of the reinforcement on the machinability of the alloy was investigated. Two kinds of short alumina fibers, which have the same fiber size but different hardness, were used. Preform in which the fibers were in a random arrangement was formed with SiO₂ binder, and then was infiltrated with the alloy melt to prepare the composite. The fiber–matrix interfacial bond via the binder is sufficient and no reaction product was detected. The cutting force of the alloy was reduced by the fiber-reinforcement. The lower the hardness of the fiber in the composite, the lower the cutting force of the composite. The roughness of the machined surface was drastically decreased by the reinforcement. Observation of the chip formed on the machined surface indicated that the fiber suppressed the formation of the built-up-edge, and this fact would lead to the reduction in the surface roughness by the reinforcement. The chips were shortened by the reinforcement. The difference in hardness of the alumina fiber hardly affected the roughness and the chip morphology. The hardness of the fiber has a strong effect to decrease the tool life.     

Improvement of the bonding interface in hybrid fiber/particle preform reinforced Al matrix composite

The bonding interface between the reinforcement and the matrix alloy in hybrid AZS fiber/SiC particle preform based aluminum metal matrix composites (Al MMCs) has been investigated as a function of reinforced particle size and the binder content. It is observed that high binder and large particle will result in a poor bonding interface. This has deleterious effects on the mechanical properties of the cast MMCs. Estimation of the binder thickness indicates that there exists a critical particle size above which the particles are not appropriate to be used in fabricating the hybrid fiber/particle preform based MMCs.     

A356Al/TiB2颗粒增强铝基复合材料的搅拌摩擦焊

采用纯机械化的固相连接技术--搅拌摩擦焊成功地焊接了应用原位反应合成法制造的铸态A356Al/6.5%TiB2(体积分数)颗粒增强铝基复合材料,与铝合金相比,铝基复合材料搅拌摩擦焊的焊缝质量对焊接参数更为敏感.该连接方法在较低温度下实现铝基复合材料的焊接,避免了基体铝合金与增强相之间的化学反应,同时在搅拌头机械搅拌、挤压和摩擦热的共同作用下,焊缝区基体材料的晶粒和增强相被破碎并形成再结晶晶核,细化了组织结构,增强相分布也更加弥散.焊缝区的硬度值波动范围很小,抗拉强度比母材增加约20%.研究表明,搅拌摩擦焊用于连接颗粒增强铝基复合材料具有明显的优势.     

A magnesium alloy matrix composite reinforced with metallic glass

Novel light-weight materials of advanced performance are now experiencing global interest due to the strong need to reduce energy consumption in land and air transportation sectors. Here we report on a novel magnesium alloy matrix composite material. The reinforcing phase in the magnesium alloy is a fine dispersion of metallic glass particles. The composite is sintered from the powder mixture of the alloy and metallic glass at a temperature slightly above the glass transition T_g of the metallic glass particles that is close to the Mg alloy’s solidus temperature. At the compaction temperature, the metallic glass acts as a soft liquid-like binder but upon cooling it becomes the hard reinforcement component of the composite. Processing, microstructure and mechanical properties of the composite are discussed.     

Al2O3短纤维Al—1／5wt%Mg复合材料的界面研究

实验研究了液态浸渗后直接挤压工艺制备的Ａｌ２Ｏ３短纤维／Ａｌ－１．５ｗｔ％Ｍｇ复合材料的界面特点。发现；基体中的Ｍｇ在纤维／基体界面处偏聚，发生了界面反应；反应产物ＭｇＡｌ２Ｏ４，其厚度约为２０ｎｍ，远小于由Ｍｅｔｃａｌｆｅ定义的界面反应层第一临界厚度；界面反应产生ＭｇＡｌ２Ｏ４的存在，为其体与纤维间提供了较好的结合强度。