Al/SiCp复合材料断裂失效的微观机理

通过在SEM下的Al/SiCp复合材料的单面缺口拉伸试验,研究了该材料在断裂过程中的基本性能.用一次空穴和二次空穴的概念,解释了该材料表现的宏观上变脆和微观上一定程度的韧性.     

SiCp/Al复合材料抗弯性能研究

利用空气气氛下的无压渗透法制备了高体积分数的SiCp/Al复合材料,研究了颗粒粒径、基体合金成分、预处理工艺对复合材料抗弯性能的影响,并采用SEM观测了复合材料抗弯断口形貌.结果表明,SiCp/Al复合材料的抗弯强度随着SiC颗粒粒径减小而增大;基体材料的强度越高,复合材料的抗弯强度越高;复合材料整体上表现出脆性断裂的特征.     

SiCp/Al复合材料焊接综述

为实现SiCp/Al复合材料的高质量可靠焊接,推广SiCp/Al复合材料在各领域的应用,调研了国内外SiCp/Al复合材料不同焊接方法的研究现状。在熔化焊方面,国内外学者通过调整工艺参数、在焊缝中加入Ti元素发生诱发反应等方法,抑制了焊缝中Al4C3针状脆性相的形成,从而提高了焊接接头的力学性能。在搅拌摩擦焊方面,国内外学者针对不同材料设计了专用的焊接搅拌头,以保证它们具备高耐磨性与足够的冲击韧性,在焊接过程中不出现破损情况;关注了焊接过程中焊接头转速、焊接速度、轴向力与热输入等因素,以获得力学性能优秀、晶粒细小均匀的焊接接头。在扩散焊方面,国内外学者探究了中间夹层对焊缝界面间原子相互扩散的促进作用;采取不同工艺参数,以外加超声或电子束表面加热等方式促进了原子间的相互扩散,以获得力学性能优异的焊接接头,提高焊接效率。在钎焊方面,国内外学者通过探究钎料与SiCp/Al复合材料之间的润湿性来组合钎料与钎剂,通过化学腐蚀处理表面暴露颗粒增强相、在复合材料表面电镀金属等方法来增大钎料与增强相的润湿性、解决钎料铺展受阻的问题,以进一步提高钎焊焊接接头质量。     

SiCp/Al基复合材料的耐蚀性研究

用电化学方法和腐蚀失重法研究了2024Al和SiCp/2024Al基复合材料在3．5％NaCl水溶液中的耐蚀性,用电化学交流阻抗技术对它们的硫酸阳极氧化膜的耐蚀性进行了研究。结果表明,SiCp/2024Al复合材料在3．5％NaCl水溶液中比相应的基体金属有较大的腐蚀敏感性。SiCp/2024Al的阳极氧化膜耐NaCl溶液腐蚀能力不如2024Al合金的阳极氧化膜,是氧化膜中SiC颗粒的存在破坏了氧化膜的完整性和均匀性。     

SiCp/Al复合材料界面调控研究进展

SiCp/Al复合材料具备一系列优异的物理性能,是航空航天、电子封装、装备、核电、汽车、轨道交通等国家重大需求和国民经济装备制造所需的关键材料.但是,工业精密仪器关键零部件对SiCp/Al复合材料的性能要求相对较高,导致复合材料在诸多高端领域的应用受到了严重限制,因而提升SiCp/Al复合材料的整体性能是当前亟需解决的重要难题.对于给定的增强体与基体,界面相具有的微观结构和物化性质是影响SiCp/Al复合材料性能的决定因素.然而,界面相在形成过程中通常会出现润湿性差、结构缺陷多以及生成不良界面产物等问题,对SiCp/Al复合材料的性能产生了严重的负面影响.因此,有效实现界面的可控设计成为提升复合材料性能的关键.根据近几年关于SiCp/Al复合材料界面调控的研究工作来看,增强体颗粒表面改性在抑制增强体与基体之间的相互扩散以及减缓化学反应速率等方面发挥着重要作用,而表面改性处理的方式通常包括酸洗、高温氧化和添加涂层等.在基体中添加合金元素能够有效降低铝液的表面张力,改善SiCp/Al复合材料界面相的润湿性,同时可抑制不良界面反应的发生.目前合金化处理添加的元素通常包括Mg、Si、Cr、Ti、Fe等.在SiCp/Al复合材料的制备过程中,烧结温度、保温时间、冷却速率、成型压力、球磨时间以及烧结气氛等成型工艺参数均会影响界面的反应程度,因而对成型工艺的优化改进同样能够有效调控复合材料的界面信息,以实现对SiCp/Al复合材料性能的提升.本文结合SiCp/Al复合材料界面相具有的微观结构和物化性质,从增强体颗粒表面改性、基体合金化和成型工艺优化改进三个角度综述了SiCp/Al复合材料界面调控的研究现状,并对其未来发展的整体趋势进行了展望.     

SiCp/Al复合材料的化学镀镍

采用化学镀技术对高体分SiC颗粒增强铝基复合材料(SiCp／Al)表面进行改性以改善其焊接性能和抛光性能。本文探索了在SiCp／Al表面化学镀镍的预处理工艺及条件,系统分析并阐述了除油、粗化、活化等工序对化学镀镍的作用和影响,同时在最优的条件下成功地制备出光亮、均匀、完整且与基体结合良好的镍磷合金镀层。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDAX)对镀层微观结构和成分进行表征。结果表明,预处理可以改变基体表面的结构形貌,影响镍磷合金镀层在其表面的分布,从而对镀层质量、结合强度及沉积速度起决定性作用。     

SiCp/6151Al复合材料的微结构效应

利用分离Hopkinson压杆和MTS通用材料试验机研究了SiCp/6151A颗粒增强复合材料在不同应变率下的变形行为和增强颗粒的尺寸对复合材料微结构及变形行为的影响。结果:于在不同应变率下的SiCp/6151A复合材料，增强颗粒尺寸小的流动应力高于增强颗粒尺寸大的流动应力。根据位错强化理论中的Hall-Petch关系对这个结果进行了解释。首次在实验上观测到增强颗粒对复合材料微损伤－微带形成的影响，并根据微带（microband)形成的双位错墙理论（double dislocation walls)，分析了增强颗粒对复合材料微带损伤及力学性能影响的微结构效应。     

SiCp/Al复合材料的制备与力学性能

一、前言 以SiC颗粒作为增强物的Al基复合材料,由于其热膨胀系数低,耐磨、耐热性能好,高温强度优异,在航空航天工业、汽车工业、内燃机工业、军事工业等领域具有广阔的应用前景 制备金属基陶瓷颗粒增强复合材料的方法可分为两大类:粉末冶金法和铸造法。铸造法工艺成本低、操作简便,得到了广泛的应用。但采用铸造法制备SiCp/Al复合材料存在一个难点,即SiC/Al润湿性很差,需要采取措施改善其润湿能力。常见的措施可归纳成四个方面:①颗粒表面涂覆金属,例如涂Ni、Ag、Cu、Cr等;②向金属液中添加合金元素,降低熔体的表面张力;③超声波振动降低熔体表面张力;④颗粒预处理,包括化学焙烧以及用化学溶液进行浸渍处理。 金属基陶瓷颗粒增强复合材料的力学性能与其制备工艺,颗粒/基体的界面粘接状态,颗粒在基体中的分布,以及颗粒的尺寸、形状、加入量等因素有关。只有当牢固的颗粒/基体界面形成后,才会产生增强强度的作用。J.Arsenault等认为:微细颗粒增强基体合金     

SiCp/Al复合材料的磨损特性分析

本文研究了SiC颗粒增强铝基(ZL102)复合材料的磨损特性。结果表明,SiC颗粒的加入可提高材料的耐磨性,复合材料与基体合金相比,磨损速率相当低,而且其抗粘着磨损能力更强,磨损性能与增强相数量、分布及界面结合有关。      

SiCp/Al复合材料超塑性变形的断口特征

对SiCp/2024Al复合材料在不同温度下超塑性变形后的断口形貌进行了分析，结果表明，变形温度愈高，晶界结合强度愈低，沿晶断裂愈明显，晶界滑动愈易实现；超塑性变形需要强度适中的晶界结合；典型超塑变形条件下的断口呈晶界圆滑型沿晶断裂。     

SiCp/Al复合材料电阻点焊剪切断口形貌

为了优化SiC p/Al复合材料电阻点焊工艺参数,采用不同焊接电流和焊接时间对SiCp/Al复合材料进行了电阻点焊连接,对接头进行了剪切强度试验,用扫描电镜对不同的点焊剪切断口进行微观形貌分析.结果表明:最优的焊接电流和时间匹配值为焊接电流I=14.6 kA,焊接时间t=0.2 s,配合电极压力F=2 500 N点焊,熔核直径适中,接头拉剪力可达1 693 N;撕开后的焊点断口两侧分别呈规则的圆凸台和圆孔状,呈纽扣型断裂,接头成型良好.当焊接电流和时间的匹配值小于最优参数时,点焊接头只有少量的点形成冶金结合,呈结合面断裂,焊接强度较低;当焊接电流和时间的匹配值大于最优参数时,点焊接头易过热,断口上出现气孔、裂纹、电极粘附烧蚀缺陷,接头强度降低.     

高硅SiCp/Al复合材料的表面敏化

高硅SiCp/Al复合材料化学镀镍是其表面金属化的关键步骤,化学镀前的敏化工艺易造成该复合材料表面Al合金的过度腐蚀,形成腐蚀孔洞缺陷,金属化后的试样表面粗糙度增加,并对后续的钎焊工艺产生不利影响。本文采用SnCl2+HCl溶液对高硅SiCp/Al复合材料进行敏化处理,研究了敏化时间和敏化液浓度对试样表面质量的影响。结果表明,敏化0.5min后试样表面Al合金腐蚀程度小,沉积的Sn(OH)2颗粒数量少。敏化1.5min以上,试样表面Sn(OH)2颗粒数量多,但Al合金完全腐蚀,留下大而深的腐蚀孔洞;降低敏化液浓度也不能明显提高敏化试样的表面质量。敏化1.0min后,试样表面Al合金连续分布,无大而深的腐蚀孔洞,Sn(OH)2颗粒数量适中。经过1min敏化的高硅SiCp/Al复合材料试样表面化学镀层质量良好。     

SiCp/Al基复合材料的高压扭转试验

采用高压扭转(high-pressure torsion,HPT)工艺制备SiCp/Al基复合材料,试验发现随着扭转半径的增加,剪切应变增大,SiC颗粒分布逐渐均匀;升高温度,SiC颗粒分布的均匀性好;随着扭转半径的增加材料的硬度先增加后减小,且材料越致密,SiC含量越多,分布越均匀,材料硬度越高。     

SiCp/Al复合材料的SPS烧结及热物理性能研究

采用纯粉末, 通过SPS烧结制备了组织均匀、致密且体积分数高的SiCp/Al电子封装材料. 通过对SPS烧结现象的研究, 认为该复合材料的SPS烧结过程属于反应性烧结, 大部分收缩在极短时间内完成; 另外对SiC体积分数和SiC颗粒尺寸对热导率、热膨胀系数的影响进行了研究, 发现SiC体积分数越高, 复合材料的热导率和热膨胀系数越低; SiC颗粒粒径增大, 复合材料的热导率增高, 而热膨胀系数减小.     

基于Murty准则的SiCp/Al复合材料热加工图研究

采用热模拟压缩试验对15%(体积分数)SiCp/Al复合材料在温度为623~773K、应变速率为0.001~10s~(-1)的热变形行为进行了研究,基于Murty准则建立了该材料的热加工图,并在此基础上建立了SiCp/Al复合材料临界失稳应变分布图。结果表明,随变形温度升高,SiCp/Al复合材料中的强化机制逐渐减弱,软化机制逐渐增强。基于临界失稳应变图可以确定出适合SiCp/Al复合材料加工的两个区域,分别为变形温度700~773K、应变速率0.001~0.01s~(-1)和变形温度740~773K、应变速率0.02~0.14s~(-1)。     

无压渗透法制备SiCp/Al复合材料工艺优化研究

无压渗透法是制备SiCp/Al复合材料的重要技术.应用实验方法系统地研究了无压渗透法的工艺参数和添加元素对制备工艺的影响.结果表明,在无压渗透法制备SiCp/Al复合材料的工艺过程中,浸渗温度是浸渗过程顺利进行的重要因素,900℃的浸渗温度为最佳浸渗温度.适量加入Mg元素能提高熔融金属Al和增强体SiC颗粒之间的浸润性,获得结合强度好、孔洞和疏松较少的SiCp/Al复合材料,Mg元素的最佳含量约为1.2%(质量分数).适量添加Si元素能增强熔融铝液的流动性,降低SiC颗粒与Al液间的表面张力,改善其润湿性.     

SiCp/Al复合材料表面电镀Ni-P合金的工艺研究

在高体积分数SiCp/Al复合材料表面镀覆一层Ni-P合金可有效改善其可焊性.为在体积分数60%的SiCp/Al复合材料表面电镀一层Ni-P合金,采用正交试验对电镀工艺参数进行了优化,研究了电镀前预处理工艺,并考察了预处理对电镀层的影响.由正交试验获得了最佳硬度和最佳表面质量的工艺参数;采用SEM、EDS、X射线衍射仪和显微硬度计等对镀层进行表征.研究结果表明:P含量通过影响Ni-P的晶体结构,进而影响其性能,随着P含量(9.38%~15.4%)的增加,Ni-P的非晶态结构越明显,硬度在P含量11.4%时达到最大值723.3 HV;与SiCp/Al表面SiC相上的沉积相比,电沉积Ni-P在Al相上的初始沉积迅速,且长大速度快,导致镀层微观表面凹凸不平.经165℃活化热处理及化学镀18 min后,再电镀40 min,获得的镀层微观表面平整、厚12.90~14.79μm.说明经过优化工艺参数和预处理,可制备表面平整且结合良好的Ni-P电镀层.     

SiCp表面化学镀对SiCp/Al复合材料微结构及热性能影响

为了改善SiCp与Al基体之间的界面,在碱性条件下,甲醛作为还原剂,采用化学镀的方法在SiCp表面沉积铜层,然后采用无压渗透方法制备SiCp/Al复合材料。采用X射线衍射仪、3D立体视频显微镜、扫描电子显微镜来分析化学镀后SiCp和复合材料的表面、界面形貌、组织结构及物相,并通过EDS能谱对复合材料表面元素成分分析,利用激光闪光法测定复合材料导热系数。结果表明,相比酒石酸钾钠单一络合剂,采用酒石酸钾钠和EDTA-2Na组成的双络合剂的SiCp镀层更致密,且镀层未被氧化,复合材料界面结合良好,界面厚度为2.5~3μm,有AlCu2相生成,无Al4C3脆性相存在。室温下,镀铜后的复合材料热导率达到181 W/(m·K),远高于没有表面改性的复合材料热导率102 W/(m·K)。     

SiC_p/2024Al复合材料尺寸稳定化处理工艺研究

采用挤压铸造技术制备了体积分数为40%的SiCp/2024Al复合材料,采用TEM对不同尺寸稳定化处理条件下复合材料的微观组织进行了观察,并探讨了尺寸稳定化热处理工艺对复合材料拉伸性能的影响.TEM观察表明:由于SiC颗粒与2024Al基体的热膨胀系数不同,热错配的作用使冷热循环处理后基体中的位错密度增加,为S′相的形成提供了有利的形核部位,促进了S′相的析出,这两种因素都有利于提高复合材料的强度.室温拉伸测试结果表明:零次冷热循环热处理后的SiCp/2024Al复合材料拉伸强度比较好,两次冷热循环处理后复合材料的强度有所下降,但随着循环次数的增加,复合材料的强度逐渐增加;不同的冷热循环次数对于拉伸断裂方式和断口形貌无显著影响.     

重熔铸SiCp／Al复合材料研究前景

综述了ＳｉＣｐ／Ａｌ复合的发展概况２及应用前景，分析了重熔铸造法制备ＳｉＣｐ／Ａｌ复合材料中需要解决的问题，技术难点及解决基本方法。