微纳米混杂颗粒增强铝基复合材料的设计与研究进展

传统颗粒增强铝基复合材料主要是通过添加单一的微米或纳米颗粒作为增强相来改善铝基复合材料的性能.微米颗粒能显著提高铝基复合材料强度、硬度和耐磨性,但塑韧性却大幅下降;而纳米颗粒在提高强度的同时能够保持较好的塑韧性,但由于纳米颗粒的比表面能大,易团聚,制备高体积分数的颗粒增强铝基复合材料比较困难,因此传统铝基复合材料在高科技领域的应用受到一定的限制.为了解决复合材料发展的瓶颈,采用微纳米混杂颗粒增强的设计思路,充分发挥各自增强相的优势和耦合效应,制备出了高性能的混杂颗粒增强铝基复合材料.本文综述了微纳米混杂颗粒增强铝基复合材料设计思路、强化机制及制备技术等方面的研究现状,指出微纳米混杂颗粒增强铝基复合材料存在的问题,并展望了未来的发展方向及需要解决的问题.     

SiC颗粒增强耐磨铝基复合材料组织及性能研究

采用粉末冶金真空热压烧结工艺制备了纳/微米双尺度Si C颗粒增强的Al-Si复合材料(4%nm+15%μm SiC/Al-Si),分析测试了其组织、硬度、耐磨性及磨损特征,并与纳米Si C颗粒增强复合材料(4%nm SiC/Al-Si)及微米SiC颗粒增强复合材料(15%μm SiC/Al-Si)进行了对比研究。结果表明:微米SiC颗粒均匀分布在基底中,颗粒边缘与基体接触较为紧密,无明显反应物生成;纳/微米双尺度颗粒增强复合材料的硬度高于微米颗粒增强及纳米颗粒增强的复合材料,其硬度值为76.24 HV,比基体提高了35.13%;纳/微米双尺度颗粒增强铝基复合材料的耐磨性高于微米颗粒增强及纳米颗粒增强的复合材料,其磨损量比基体减少43%;纳/微米双尺度颗粒增强铝基复合材料的磨损表面较为平坦,表现为磨粒磨损特征。     

颗粒增强铸造铝基复合材料的研究

本文探讨了用搅拌铸造法,采用常规的熔炼加工设备和工艺,制造ＳｉＣ颗粒增强铝基复合材料的可行性;研究了不同ＳｉＣ含量的复合材料的显微组织;试验表明：复合材料中ＳｉＣ颗粒分布较为均匀,其力学性能均优越于基体合金,弥散分布的ＳｉＣ颗粒是复合材料力学性能优异的主要原因。     

颗粒增强铝基复合材料的组织与性能

用熔铸法制备了ＴｉＢ２和ＳｉＣ颗粒增强铝基复合材料,评价了ＴｉＢ２／Ａｌ和ＳｉＣ／Ａｌ复合材料的硬度,研究了增强剂的加入方式和体积分数对ＴｉＢ２／Ａｌ复合材料拉伸性能的影响;并用扫描电镜分析了复合材料的显微组织。结果表明,ＴｉＢ２颗粒对Ａｌ基体的增强效果比ＳｉＣ颗粒好,Ｔｉ,Ｂ化合物的增强效果优于ＴｉＢ２粉末,复合材料的力学性能随ＴｉＢ２体积分数增加而提高;用含Ｔｉ,Ｂ化合物的混合物增强的１．５％ＴｉＢ２／Ａｌ（体积分数）复合材料的热轧退火态性能为σｂ１６０．４ＭＰａ,δ１３．１％,铸态ＨＢ４５１ＭＰａ。ＳＥＭ观察结果表明,在铝基体中添加Ｔｉ、Ｂ化合物的混合物能在基体中原位生成ＴｉＢ２颗粒。     

原位SiC颗粒增强MoSi_2基复合材料的显微组织和力学性能

本文研究了原位 ＳｉＣ颗粒增强 ＭｏＳｉ２基复合材料的组织结构和力学性能。结果表明：复合材料的组织为ｔ－ＭｏＳｉ２基体上均匀分布 β－ＳｉＣ等轴颗粒,数量很少的球形小孔隙主要分布在 ＳｉＣ颗粒内, ＳｉＣ颗粒尺寸为 ２－５ μｍ．复合材料界面为直接的原子结合,无非晶层存在．复合材料的室温维氏硬度、断裂韧性、抗压强度及高温流变应力明显高于单一ＭｏＳｉ２,随着ＳｉＣ体积分数的增加,维氏硬度、断裂韧性及高温流变应力提高,而抗压强度先增加后减少． ＳｉＣ体积分数从 １０％增加到 ４５％,ＫＩＣ从 ４．３４提高到 ５．７１ ＭＰａ·ｍ１／２;与单一 ＭｏＳｉ２相比提高了 ２５％－４６％; １４００℃时,σ０．２从 ２０％ＳｉＣ的 ２３０提高到 ４５％ＳｉＣ的 ２８５ ＭＰａ,比单一 ＭｏＳｉ２提高了 ９８％－１４６％．     

SiCp尺寸及其体强度对铝基复合材料破坏机制的影响

对粉末冶金法制备的尺寸分别为３,５,１０,２０μｊ的ＳｉＣｐ增强Ａｌ－Ｃｕ基复合材料的拉抻断口及ＥＤＸ成分上尺寸大于１０μｍ时,复合材料的破坏因于ＳｉＣｐ解理形成的裂纹：增强相尺寸为３．５μｍ时,复合材料的破坏则归因为ＳｉＣ－Ａｌ界面撕裂形成空洞和裂纹,拉伸试验表明,小尺寸ＳｉＣｐ增强的复合材料人有拉伸强度及延伸率。     

自浸渗法制备SiCp／Al复合材料

研究了在无外加压力或真空的大气条件下制备碳化硅颗粒增强铝基复合材料的新方法。该方法以Ｋ２ＴｉＦ６为助渗剂使其与碳化硅颗粒均匀混合，在浸渗用的铸模中制成混合体，由液态铝或其合金自动浸渗制备碳化硅增强的铝基复合材料ＳｉＣｐ／Ａｌ。分析了影响工艺过程的若干因素。指出用该工艺制备复合材料的可行性，并对浸渗的机理进行探讨。     

热压制备的颗粒增强铝基复合材料的磨损特性

对热压制备的Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ颗粒增强纯铝基复合材料的磨损行为的研究表明，复合材料的耐磨性均于基体金属，且随着颗粒含量的增加，复合材料的耐磨性提高，陶瓷颗粒的加入是复合材料耐磨性提高的主要原因。     

SiC颗粒增强铝合金复合材料的研制

用粉末冶金法制备了ＳｉＣ颗粒增强铝合金基复合材料,并对其进行了组织分析和初步力学性能测试。结果表明,该复合材料组织致密,颗粒分布均匀;与对应的基体材料相比,其弹性模量、硬度显著提高;ＳｉＣ颗粒的加入对基体材料抗拉强度及应力应变行为的影响则取决于基体的性能及基体与颗粒之间界面的结合力。     

（Al2O3）p和SiCp多元增强铝基复合材料

利用Ａｌ２（ＳＯ４）３ 分解反应所制备的多元增强铝基复合材料,其中Ａｌ２Ｏ３ 和ＳｉＣ 颗粒和基体结合良好,分解的ＳＯ３ 对ＳｉＣｐ／ Ａｌ 复合材料熔体进行精炼、除气,试样中没有发现气孔、团聚、集聚、偏析,克服了传统搅拌铸造所带来的铸造缺陷,解决了回收利用重熔过程中的吸气、精炼问题;从而为颗粒增强铝基复合材料走向实用化打下了基础。     

Oxidation behaviour of Al2O3–TiC–Co composites at 800–1000 °C in air

The oxidation behaviour of nanometre and micrometre sized Al₂O₃–TiC–Co composites is investigated at 800–1000 °C in air for 25 h. The oxidation resistance of nanometre sized samples is better than of micrometre sized. Phase compositions and microstructures were studied by XRD and SEM. The values of general rate constant k and oxidation exponent n are dependent on oxidation temperature and composites. The oxidation kinetics followed a rate that is slightly faster than the parabolic-rate law at 800–1000 °C. The activation energy of the nanometre sized is higher than of micrometre sized in the range of 800–1000 °C.     

Interface and microstructure characteristics of SiC_p/2024 aluminium alloy composite

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｃｅｏｆｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｍｅｔａｌｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ(ＰＭＭＣｓ)ｄｕｅｔｏｈｉｇｈｓｐｅｃｉｆｉｃｓｔｒｅｎｇｔｈ ,ｈｉｇｈｓｐｅｃｉｆｉｃｍｏｄｕｌｕｓ ,ｂｅｔｔｅｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｔｏｗｅａｒａｎｄｔｈｅｒｍａｌｓｔｅａｄｉｎｅｓｓｈａｓａｔｔｒａｃｔｅｄｍｕｃｈｉｎｔｅｒｅｓｔｉｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｆｏｒｓｕｃｈｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ .Ｔｈ…     

Interfacial characterization of a slurry-cast melt-infiltrated SiC/SiC ceramic-matrix composite

An SiC-particulate, silicon-metal melt-infiltration-matrix composite reinforced with SiC fibers is being developed for combustor applications under the High Speed Civil Transport (HSCT) Enabling Propulsion Material (EPM) Program. A major part of this effort has dealt with the characterization and optimization of the boron nitride (BN) based fiber/matrix interface. BN was chosen as the primary interfacial material due to its inherently weak structure and thus good crack-deflecting ability, ease of deposition by chemical vapor infiltration (CVI) into woven fiber preforms, and relatively good environmental stability. Topics discussed in this paper include an overview of the differences in composite microstructure between the EPM SiC/SiC material and a more conventional CVI SiC/SiC composite material, the microstructure/property relationships for the EPM SiC/SiC composite with two different types of SiC fiber (High-Nicalon and Sylramic^™), and the effect of moist, high-temperature environments on the stability of the BN interface.     

弥散质点和SiC颗粒复合强化Al基复合材料 Ⅱ．性能和断裂特征

对机械合金化制备的Ａｌ_４Ｃ_３、Ａｌ_２Ｏ_３弥散质点和ＳｉＣ颗粒复合强化Ａｌ基复合材料进行了拉伸试验和断口分析，并测定了弹性模量和热膨胀系数．研究表明，在ＳｉＣ_ｐ／Ａｌ复合材料中引入弥散的Ａｌ_４Ｃ_３和Ａｌ_２Ｏ_３质点可以明显提高复合材料的室温和高温强度，随加入Ｃ含量的增加或Ａｌ粉氧化时间的加长，复合材料的强度提高．在Ａｌ_４Ｃ_３／Ａｌ复合材料的基础上加入ＳｉＣ颗粒可以提高复合材料的弹性模量并进一步降低其热膨胀系数．复合材料断口为大韧窝加细小韧窝的混合断口，随复合材料基体强度的增加，拉伸断口上断裂的ＳｉＣ颗粒数量增多．     

DISPERSOID AND SiC PARTICULATE STRENGTHENED Al COMPOSITES Ⅱ. PROPERTIES AND FRACTURE BEHAVIOUR

对机械合金化制备的Ａｌ_４Ｃ_３、Ａｌ_２Ｏ_３弥散质点和ＳｉＣ颗粒复合强化Ａｌ基复合材料进行了拉伸试验和断口分析，并测定了弹性模量和热膨胀系数．研究表明，在ＳｉＣ_ｐ／Ａｌ复合材料中引入弥散的Ａｌ_４Ｃ_３和Ａｌ_２Ｏ_３质点可以明显提高复合材料的室温和高温强度，随加入Ｃ含量的增加或Ａｌ粉氧化时间的加长，复合材料的强度提高．在Ａｌ_４Ｃ_３／Ａｌ复合材料的基础上加入ＳｉＣ颗粒可以提高复合材料的弹性模量并进一步降低其热膨胀系数．复合材料断口为大韧窝加细小韧窝的混合断口，随复合材料基体强度的增加，拉伸断口上断裂的ＳｉＣ颗粒数量增多．     

Microstructure and mechanical properties of Alborex+SiCp/AS52 hybrid metal matrix composites

Abstract

AS52 based hybrid composites reinforced with aluminium borate whiskers and SiC particulates were fabricated by a squeeze casting method. In a hybrid preform, the volume fraction of the aluminium borate whisker was 15% and that of the SiC particulate was 5%. Microstructures of the specimens were observed using OM and SEM. In the hybrid composites, the Alborex whiskers were uniformly distributed in the matrix and a few agglomerations or clusters of SiC particulates were observed. Hardness and three point bending tests were carried out to measure the mechanical properties of the specimens. The mechanical properties of the hybrid composites were higher than those of whisker reinforced composites and the hybrid composite with finer size particulates showed higher strength than the one with coarse particulates.     

粉末冶金法制备Tip/Mg复合材料组织及性能的研究

采用粉末冶金法制备纯Mg及Ti颗粒增强Mg基复合材料，结果表明，Ti颗粒在Mg基体中分布均匀，增强颗粒与基体界面结合良好。Ti颗粒的加入能显著提高Mg的室温强度和弹性模量，同时也使复合材料具有较好的塑性。     

TiC增强Cf/SiC复合材料与钛合金钎焊接头工艺分析

采用Ag-Cu-Ti-（Ti＋C）混合粉末作钎料,在适当的工艺参数下真空钎焊Cf/SiC复合材料与钛合金,利用SEM,EDS和XRD分析接头微观组织结构,利用剪切试验检测接头力学性能.结果表明,钎焊后钎料中的钛与Cf/SiC复合材料发生反应,接头中主要包括TiC,Ti3SiC2,Ti5Si3,Ag,TiCu,Ti3Cu4和Ti2Cu等反应产物,形成石墨与钛原位合成TiC强化的致密复合连接层.TiC的形成缓解了接头的残余热应力,并且提高了接头的高温性能.接头室温、500℃和800℃高温抗剪强度分别达到145,70,39 MPa,明显高于Cf/SiC/Ag-Cu-Ti/TC4钎焊接头.     

SiC颗粒尺寸对镍基复合镀层耐磨性和耐蚀性的影响

在正交实验基础上,对比研究微米SiC(平均粒径1.5 μm)和纳米SiC(平均粒径20 nm)增强复合镍基镀层的摩擦磨损行为和耐腐蚀性能.通过TEM、SEM、EDX和XRD等手段研究颗粒分散状态以及复合镀层的表面和截面形貌、成分及相结构.采用球-盘滑动摩擦磨损试验机研究复合镀层的耐磨性.电化学阻抗谱测量在3.5%的NaCl水溶液中进行.结果表明:微米级颗粒增强复合镀层可以获得更高的表面硬度,两种增强复合镀层具有相似的摩擦磨损行为.电化学阻抗谱分析表明:SiC颗粒的加入可以提高镀层的耐腐蚀性,且纳米颗粒复合镀层具有更好的耐蚀性.     

钢基SiC颗粒增强复合材料耐磨锤头的研制

叙述了钢基SiC颗粒增强复合材料耐磨锤头的制备工艺；分析了复合材料的显微组织及力学性能；工业实验结果比原普通白口铸铁锤头的使用寿命提高5倍。