SiCp/Al复合材料搅拌铸造新型搅拌器流场及工艺研究

SiCp/Al复合材料搅拌铸造法虽然具有制备成本低、近终成型的优点,但是实现SiC颗粒在铝合金熔体的均匀分散难度很大,这与搅拌器结构及搅拌工艺有直接关系。采用数值模拟和实验相结合的方法开展了新型桨栅复合搅拌器设计及其工艺研究,比较了桨栅复合搅拌器与单一搅拌器的流场结构和速度场分布,并在此基础上进行了搅拌铸造工艺研究。结果表明:(1)桨栅复合搅拌器能够较好地实现复合材料大体积熔体的均匀搅拌和高速剪切,复合搅拌器内熔体的流场为较好的轴向和径向循环,液面更为平稳,搅拌转速500r/min时熔体最大速度为3.9m/s,流场结构和剪切速度均优于单一形式搅拌器;(2)用桨栅复合搅拌器进行20%(质量分数)SiCp/A357复合材料搅拌铸造工艺实验,在搅拌温度610℃、搅拌转速500r/min、搅拌时间20min的工艺条件下,SiC颗粒分布均匀且无气孔缺陷。     

搅拌铸造SiCp/2024复合材料热挤压-轧制变形组织及性能

利用搅拌铸造-热挤压-轧制工艺制备SiCp/2024复合材料薄板。通过金相观察(OM)、扫描电镜(SEM)及力学测试等手段研究了该复合材料在铸态、热挤压态及轧制态下的显微组织及力学性能,分析了材料在塑性变形过程中显微组织及力学性能的演变。结果表明,该复合材料铸坯主要由80～100μm的等轴晶组成,粗大的晶界第二相呈非连续状分布,SiC颗粒较均匀地分布于合金基体中;热挤压变形后,晶粒沿挤压方向被拉长,SiC颗粒及破碎的第二相呈流线分布特征;轧制变形后,基体合金组织进一步细化,晶粒尺寸为30～40μm,SiC颗粒破碎明显,颗粒分布趋于均匀,轧制变形对挤压过程中形成的SiC颗粒层带状不均匀组织有显著的改善作用。数学概率统计指出,塑性变形有利于提高颗粒分布的均匀性。力学测试表明,塑性变形后,复合材料的抗拉强度、屈服强度和延伸率显著提高。SiCp/2024铝基复合材料主要的断裂方式为:合金基体的延性断裂、SiC颗粒断裂及SiC/Al界面脱粘。     

SiC 颗粒增强铝基复合材料制备及机加性能研究

采用真空搅拌铸造法制备了20vol%SiC 颗粒增强A 356 基复合材料。SiC 颗粒在基体中分布均匀, 材料抗拉强度319M Pa, 弹性模量98. 9GPa, 延伸率1. 4%。采用聚晶金刚石-PCD 刀具, 在切削速度v= 30～ 40m/m in时, 复合材料对刀具损耗最小, 工件表面粗糙度良好。      

真空搅拌铸造制备SiC颗粒增强ADC12铝基复合材料及其力学性能表征

以SiC/Cu复合包裹粉体为增强相,采用真空搅拌铸造技术制备SiC/ADC12铝基复合材料,研究制备工艺条件对复合材料力学性能的影响,同时借助X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等测试分析手段对其物相结构进行表征。结果表明:SiC/Cu复合粉体显著改善了SiC颗粒在熔融铝合金基体中的润湿性和分散性。当搅拌温度为580℃,搅拌时间为30min,复合粉体添加量为4%(质量分数)时,复合材料获得最佳的力学性能,拉伸强度283MPa,硬度HB133,较基体合金分别提高24.1%和77.3%,较普通SiC增强复合材料提高15.5%和26.7%。     

挤压铸造制备高体积含量SiCp/2024Al复合材料

采用干压成形将200μm与10μm的SiC颗粒按不同配比混合制得多孔陶瓷预制体,当粗、细颗粒质量比为8∶2时,预制体相对密度达到最大值75%。采用挤压铸造工艺制得陶瓷含量为75%的SiC/2024Al复合材料,研究了预制体氧化处理对复合材料力学性能的影响。未氧化处理的预制体经挤压铸造所得的复合材料抗弯强度达到288MPa,断裂韧性达到8.7MPa.m1/2;预制体经氧化处理后所得的复合材料的相对密度、抗弯强度和断裂韧性较未氧化处理的有所降低,但硬度变化不大,HRA约为70。复合材料失效破坏的主要机制是SiC大颗粒解理断裂和小颗粒与金属基体界面解离。     

SiCp/AZ91复合材料大口径管材的热挤压成形研究

目的 解决镁基复合材料大口径管材成形加工困难的问题。方法 通过搅拌铸造技术制备的SiC颗粒增强AZ91镁基复合材料百公斤级铸锭坯料,开展了大口径镁基复合材料管材的热挤压成形工艺优化,分析复合材料变形过程中组织与力学性能演变规律,并揭示了其微观机制。结果 复合材料管材最佳热挤压工艺参数为：挤压温度为400 ℃,挤压速度为1 mm/s,在最佳的工艺下成功成形出外径260 mm和130 mm的SiC颗粒增强AZ91镁基复合材料挤压管材,复合材料挤压管材的弹性模量、屈服强度、抗拉强度、伸长率分别可以达到72 GPa,302 MPa,356 MPa,1.2%。结论 对温度、挤压比、挤压速度等工艺参数的优化,以及利用SiC颗粒对再结晶行为的促进作用,是制备出大尺寸复合材料管材的关键。     

SiC /AZ61镁基复合材料蠕变性能的研究

采用搅熔铸造法制备碳化硅颗粒增强镁基复合材料SiC/AZ61,通过动态机械热分析、显微组织观察和XRD衍射分析了其蠕变性能.结果表明:碳化硅颗粒的加入细化了晶粒,SiC大多分布在晶界处,颗粒镁基复合材料的蠕变性能与AZ61合金相比得到了显著的改善.蠕变性能的提高主要因为高温时具有高的热稳定性的SiC颗粒取代晶界处高温下易软化的β相(Mg17Al12)钉扎晶界,阻止了晶界的交滑移和位错的攀移.     

基体粉末与增强粒子的粒度级配对SiCp/Fe性能的影响

使用不同粒度的铁粉,采用电流直加热动态热压烧结工艺制备了10%(体积分数)的SiC颗粒增强铁基复合材料,研究了铁粉与SiC粒子颗粒级配对复合材料显微组织和力学性能的影响.结果表明,SiC粒子与铁粉的颗粒级配,显著影响复合材料基体中增强粒子的分布状况和力学性能.建立了粒子分布的双基体颗粒级配模型,只有铁粉中一次颗粒与二次颗粒的粒径比为6.5、二次颗粒含量为4.6%、铁粉一次颗粒与SiC的粒度比值为15.9时,SiC颗粒才能很好地填充铁粉间隙并均匀地分布在基体中,复合材料将具有较高的力学性能.模型计算的结果和实验结果相符合.     

电磁离心铸造SiCP/Al复合材料励磁电压对不同粒度颗粒分布的影响

采用电磁离心铸造( EMCC) 工艺制备SiCP/ Al 复合材料, 实验了两种不同粒度的SiCP 颗粒增强Al 基体, 测定了不同励磁电压下颗粒在基体中的分布, 测试了不同粒度增强基体均匀分布的材料的硬度和耐磨性。结果发现电磁搅拌更容易使小粒度的颗粒分布均匀。励磁电压为100 V 时的颗粒分布比励磁电压为50 V 时的颗粒分布更均匀。均匀分布的小颗粒增强基体的复合材料的硬度和耐磨性有很大提高。      

SiC晶须增强的Zn-12Al合金及其性能

本文用挤压铸造法制备了 SiC_w/Zn-12Al 复合材料,对其常温力学性能进行了测试,讨论了SiC晶须的含量对复合材料性能的影响。试验结果表明:用挤压铸造法制备 SiC_w/Zn-12Al 复合材料是可行的,SiC_w/Zn-12Al 复合材料具有较高的硬度、强度、弹性模量和优良的耐磨性能。     

离心铸造SiCp／A356功能梯度材料的组织结构与耐磨性

采用离心铸造法制备了ＳｉＣｐ／Ａ３５６功能梯度材料并研究了其组织结构及耐磨性。结果表明，离心铸造ＳｉＣｐ／Ａ３５６梯度材料组织致密，ＳｉＣ粒子在材料中呈梯度分布；在离心力场的作用下，消除了ＳｉＣ粒子团聚常来的缺陷，使ＳｉＣ粒子与合金基体紧密结合，充分发挥了ＳｉＣ粒子的优良性能，从而较大地提高了材料的耐磨性。     

AN EXPERIMENTAL STUDY OF THE STRIP CASTING PROCESS OF ALUMINUM ALLOY BY THE TWIN ROLL METHOD

Experimental studies on the twin roll casting process in order to produce thin aluminum alloy strips are presented in this paper. A new twin roll caster was developed as an effective experimental tool. The caster is equipped with a complete casting system incorporating a control and measuring system using multiple sensors and various actuators. The data acquisition system of the caster can measure various process parameters including meniscus, casting speed, and temperature as well as roll gap and pressure. With this system, aluminum alloy thin strips were manufactured and the process parameters such as strip temperature, casting velocity, and pressing force of roll were investigated. Furthermore, the crystallizability, microstructure, and mechanical properties of the strip are evaluated by X-ray diffractometer, scanning electron microscope, and tensile test. The results revealed the ability of the twin roll caster to produce directly the thin strip of aluminum alloy with improved mechanical strength.     

压铸法制造SiCw/Al复合材料的渗透过程分析

本文深入分析了用压铸法制造SiCw/Al复合材料过程中液态铝渗入SiC晶须预制块中的渗透过程。通过理论计算得到液态铝渗入晶须预制块的临界渗透压不超过2MPa。对不同晶须含量的预制块所进行的模拟渗透过程的压缩试验结果表明,随外力的增加,预制块被压缩的程度增大,从而使预制块的晶须相对含量增大。通过对渗透过程的分析,认为液态铝渗透晶须预制块需要一定时间,因此当外力以较大的速度达到最大值时,液态铝不能完全渗入预制块中,这时预制块将被压缩,导致所得复合材料晶须相对含量提高。研究结果表明,复合材料晶须体积分数主要取决于预制块晶须体积分数和复合压力。      

短碳纤维增强碳化硅基复合材料的制备与力学性能

利用注浆成型结合反应烧结的方法制备了高强度短碳纤维增强碳化硅基复合材料, 研究了分散剂(四甲基氢氧化铵)的含量和混料时间对浆料粘度的影响; 短碳纤维的体积分数、碳化硅粉的粒径对复合材料微观结构和力学性能的影响。结果表明, 添加0.1wt%的四甲基氢氧化铵得到的浆料粘度最低, 混料时间控制在6 h为佳。添加35vol%短碳纤维的复合材料的弯曲强度达到(412±47) MPa。由5 μm粒径碳化硅粉制备的复合材料的力学性能最佳, 其弯曲强度可达(387±40) MPa。将5与50 μm粒径的碳化硅粉进行2 : 1混合后得到的复合材料的力学性能优异, 弯曲强度可达(357±41) MPa。     

Aging Behavior of High Volume Fraction SiC Particles Reinforced 2024Al Composite

2024 Al matrix composite reinforced by SiC particles with 45% volume fraction and 1μm diameter was successfully fabricated by squeeze-exhaust casting method. The aging behavior of SiCp/2024AI composite at four temperatures was investigated and compared to 2024 alloy. It was found that the addition of high volume fraction SiC particles does not alter the aging sequence, but it significantly accelerates the kinetics of precipitation in the composite matrices. Therefore, the aging peak of the composite appears earlier than that of 2024AI alloy. This is attributed to the decrease in the activation energy for the precipitate formation and the increase in the precipitate growth rate due to the high density dislocations in the composite with high volume fraction particles. The high density dislocations, as preferential nucleation sites for precipitates, bring about the tiny and dense precipitates in the composite.     

Aging Behavior of High Volume Fraction SiC Particles Reinforced 2024Al Composite

2024 Al matrix composite reinforced by SiC particles with 45% volume fraction and 1 μm diameter was successfully fabricated by squeeze-exhaust casting method. The aging behavior of SiCp/2024Al composite at four temperatures was investigated and compared to 2024 alloy. It was found that the addition of high volume fraction SiC particles does not alter the aging sequence, but it significantly accelerates the kinetics of precipitation in the composite matrices.Therefore, the aging peak of the composite appears earlier than that of 2024Al alloy. This is attributed to the decrease in the activation energy for the precipitate formation and the increase in the precipitate growth rate due to the high density dislocations in the composite with high volume fraction particles. The high density dislocations, as preferential nucleation sites for precipitates, bring about the tiny and dense precipitates in the composite.     

离心渗铸金属铝熔液的瞬态固化与再熔

通过分析离心力场中金属铝熔液在Al2O3短纤维多孔介质内的渗流传热，考虑了离心惯性力对铝熔液的瞬态固化与再熔的影响，建立了旋转多孔介质内的渗流传热理论模型．研究了复合管铸造工艺中不同工况下液固共融区的长度和固化率的瞬态变化规律以及流场压损的分布规律．结果表明：在Al2O3颗粒的预热温度低于铝熔化温度的条件下，当渗透前沿达到一定深度时出现液固共融，随后液固共融区随渗透过程而增长，固化率逐渐提高．随着孔隙率的减小，液固共融区的长度和固化率增大，出现共熔现象的固化率降低，复合层能达到的最大厚度减小．而随着转速的减小，液固共融区长度缩短，共熔区内的固化率水乎提高，出现共熔现象的固化率增大，复合层能达到的最大厚度减小。     

纳米粒子在SiC/PTFE复合材料中分散三维仿真与分形表征

为了从理论上探讨纳米粒子在基体材料中的分布规律, 以纳米SiC质量分数为3%、 5%、 7%、 9%的SiC/PTFE(聚四氟乙烯)复合材料为例, 根据纳米SiC的半径(25 nm)、 密度(3.2 g/cm³)、 质量分数和基体材料的密度(2.2 g/cm³), 以10^-12 g为质量单位、 25 nm:1像素为比例尺, 建立了纳米粒子在基体中均匀／偏聚分布的三维仿真模型, 基于其盒维数定量表征了不同团聚／偏聚程度的纳米粒子的分散度, 并进行了力学实验验证。结果表明: 均匀分布下随着纳米SiC粒子半径的不断增加, 或体积分数的不断减小, 其盒维数也逐渐减小; 当SiC粒子半径超过100 nm时, 不再具有分形特性。偏聚分布下随着纳米SiC粒子(半径为50 nm)间距的不断加大, 或体积分数的不断减小, 或层状、 线状、 团状分布的依次改变, 其盒维数也逐渐减小; 相同体积分数下偏聚分布的盒维数低于均匀分布; 当粒子间距超过450 nm时, 不再具有分形特性。均匀分布下纳米SiC/PTFE复合材料的力学性能测试结果与其三维仿真模型的盒维数线性相关(|R|>0.9)。盒维数可定量表征纳米粒子的分散度, 并可用于预测纳米复合材料的宏观性能。     

颗粒增强铝基功能梯度复合管研究

对强化颗粒进行了预处理,通过控制搅拌条件及感应炉供电功率等参数,使颗粒直接加入到基体铝合金中,并在浆体中呈现不同的分布,再通过调整其它的工艺参数,利用水平式离心铸造机制了三种具有不同强化部位和不同颗粒分布的功能梯度复合管,外层强化,内层强化以及内外层同时强化,结果表明：功能梯度复合管的显微硬度与颗粒分布具有良好的对应关系,而且显微组织也呈呈现梯度变化,强化部位的多样化可为功能梯度厚壁复合管的应用开辟新的领域。     

真空压渗铸造铝基电子封装复合材料研究

叙述了真空反压渗透铸造法制铝基电子封装复合材料的过程：测试了ＳｉＣｐ，镀铜碳短纤维，Ｐ１３０石墨短纤维，Ａｌ２Ｏ３短纤维，石墨磷片，石墨颗粒增强铝硅铸造合金复合材料的密度，孔积率和增强体的体积分数；给出了每种复合材料的金相照片，分析了不同增强体，预制件制造方法和混杂增强对铝基复合材料的体积分数，孔积率等方面的影响。