碳化硅颗粒增强铝基复合材料的研究现状及发展趋势

综述了铝基复合材料的发展历史及国内外研究现状,重点阐述了碳化硅颗粒增强铝基复合材料制备工艺的发展现状.同时说明了碳化硅颗粒增强铝基复合材料研究中仍存在的问题,在此基础上展望了该复合材料的发展前景.     

SiC颗粒增强铝基复合材料的研究

研究讨论了用半固态搅拌铸造法制造SiCp／Al复合材料的制备工艺,并对所制得的复合材料进行了分析和性能测试。结果表明：用多层螺旋倾斜叶片搅拌棒对熔体适速搅拌,可增加SiCp的复合量,使SiCp与基体间浸润性良好,且分布较均匀。     

碳化硅颗粒增强铝基复合材料电弧焊研究进展

综合分析了碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al复合材料)电弧焊焊接性.阐述与评价了国内外SiCp/Al复合材料电弧焊研究现状,分别讨论了钨极氩弧焊、熔化极惰性气体保护焊、等离子弧焊在连接该复合材料时存在的主要问题、解决措施、最新工艺要点.结合作者实验结果对SiCp/Al复合材料钨极氩弧焊进行重点分析,并展望了其电弧焊的发展方向.     

碳化硅颗粒增强Al基复合材料的新型制备工艺

综述了碳化硅增强铝基复合材料的几种主要制备工艺,重点阐述了高能超声半固态复合法制备SiCp／Al复合材料。首先用渗流法制备SiC体积分数高的SiCp／Al预制块,进行SiC预分散,然后将预制块加入处于半固态温度条件下的铝合金熔体中,最后导入超声波进行搅拌。此法很好地改善了增强颗粒与基体之间的润湿性,使SiC在基体中均匀分布。     

碳化硅颗粒增强铝基复合材料的微屈服行为研究

采用无压渗透法制备碳化硅颗粒增强铝基复合材料，探讨了基体材料、增强相尺寸、增强相体积分数、热处理工艺等对其微屈服行为的影响。结果表明：在其它条件不变的情况下，随着增强体颗粒尺寸的减小、增强体体积分数的增大，复合材料的微屈服抗力逐渐增大，有较好的微屈服行为。通过选择适当的基体材料、合理的热处理工艺来提高基体强度，可使复合材料的微屈服抗力增大。     

15％SIC颗粒增强铝基复合材料等温变形的显微组织研究

研究了锻造温度为440℃和480℃、变形速度为1 mm/min和10 mm/min的条件下,15%SiC铝基复合材料等温变形前后的组织变化.结果表明,SiC颗粒在等温变形前后形状尺寸基本不变,在基体中分布均匀;在440,480℃变形温度下,变形量、变形火次、变形速度等参数对材料的组织有一定的影响.     

颗粒失效对SiC增强铝基复合材料屈服应力的影响模型

基于修正的剪切滞后模型、Eshelby等效夹杂理论以及Weibull统计分布,发展SiC增强铝基复合材料屈服应力的本构模型.选取多种铝合金,包括工业纯铝、Al-Mg-Si合金、Al-Cu-Mg合金以及Al-Zn-Mg 合金,作为复合材料的基体材料进行屈服应力的测试,以验证模型的准确性.模型考虑变形过程中SiC颗粒失效(包括颗粒脱粘和颗粒断裂)对复合材料屈服应力的影响.结果表明:复合材料的屈服应力随着SiC颗粒体积分数的增加而增加,但随着SiC颗粒尺寸的增加而降低;该力学模型比传统的修正剪切滞后模型更加准确,这表明SiC颗粒失效对复合材料的屈服应力产生重要的影响.     

碳化硅颗粒增强铝基复合材料的研究进展

综述了碳化硅颗粒增强铝基复合材料的国内外研究现状，从材料的选择、制备技术和性能等方面，分析了该材料发展过程中存在的一些问题以及相应的改进措施，并且指出了该材料今后发展的几个方向。     

搅拌工艺参数对SiC_p/Al复合材料颗粒分布的影响

采用机械搅拌法制备了不同SiCp含量Al基复合材料,研究了搅拌参数对颗粒分布的影响。通过SEM和XRD对SiCp在基体中的分布及复合材料的物相成分进行了分析。结果表明,搅拌桨直径为60mm,叶片倾角为30°,搅拌速度为680r/min时制得的复合材料,其SiCp分布均匀且无明显气孔生成。在慢冷条件下浇注的复合材料无明显颗粒沉降现象发生。物相分析显示有MgAl2O4、Mg2Si生成,没有发现有害界面反应产物Al4C3。     

高压扭转圈数对碳化硅颗粒铝基复合材料组织和性能的影响

采用高压扭转(high-pressure torsion,HPT)工艺,成功将8.75%体积分数SiC颗粒与Al的混合粉末制成金属基复合材料,并用金相显微镜、显微维氏硬度计、万能材料试验机和扫描电镜等,分析了扭转圈数对SiCp/Al复合材料的显微组织、显微硬度、拉伸性能和拉伸断口形貌的影响。结果显示,扭转圈数从0.5圈增加到4圈,基体的变形抗力降低,SiC颗粒在剪应力的作用下易于与基体协调变形,SiC颗粒分布均匀化程度显著提高;随着扭转圈数增加,试样所受到的剪切作用增大,极易引起位错的运动和增殖,基体晶粒得到细化,单位体积内的晶界增多,使试样显微硬度得到提高;扭转圈数越多,拉伸断口韧窝数量明显增多,且尺寸变小。     

SiC颗粒增强铝基复合材料的连接现状

SiC颗粒增强铝基复合材料因其具有成本低、耐磨性好、高比强度和比刚度、高谐振频率等优良的性能受到关注,但由于难于机械加工,特别是焊接性较差制约其在工程中的应用推广. 文中通过对国内外SiC颗粒增强铝基复合材料的连接现状(焊接方法主要集中于熔化焊、扩散焊、搅拌摩擦焊和钎焊等)进行综述和评价. 结果表明,SiC颗粒和Al基体的较大物理化学性能差异是影响该种复合材料焊接性的主要因素;当SiC颗粒体积分数低于35%时,目前已取得令人基本满意的焊接效果,已具有小批量生产的趋势;但当SiC颗粒体积分数大于35%时,特别是针对高体积分数(55% ~ 75%)的复合材料而言,传统的熔化焊方法很难获得高质量的接头,因此选择合适的连接方法和特殊的焊料成分则成为该种材料的重要创新方向.     

Deformation behavior of SiC particle reinforced Al matrix composites based on EMA model

Effects of the matrix properties,particle size distribution and interfacial matrix failure on the elastoplastic deformationbehavior in Al matrix composites reinforced by SiC particles with an average size of 5μm and volume fraction of 12%werequantitatively calculated by using the expanded effective assumption(EMA)model.The particle size distribution naturally bringsabout the variation of matrix properties and the interfacial matrix failure due to the presence of SiC particles.The theoretical resultscoincide well with those of the experiment.The current research indicates that the load transfer between matrix and reinforcements,grain refinement in matrix,and enhanced dislocation density originated from the thermal mismatch between SiC particles and Almatrix increase the flow stress of the composites,but the interfacial matrix failure is opposite.It also proves that the load transfer,grain refinement and dislocation strengthening are the main strengthening mechanisms,and the interfacial matrix failure and ductilefracture of matrix are the dominating fracture modes in the composites.The mechanical properties of the composites strongly dependon the metal matrix.     

Evaluation of interface fracture toughness in SiC fiber reinforced titanium matrix composite

The finite element method based on the equivalent domain integral technique was developed to simulate the push out test and evaluate the interfacial fracture toughness of SiC reinforced titanium matrix composites. A special subroutine was introduced while modeling the push-out test to control interfacial failure process. In addition, the residual stresses, Poisson ratio and friction stresses were all considered in the finite element analysis and the interface debonding was described as a continuous process. The results show that the interfacial fracture toughness of SiC/Timetal-834 is about 50 Jim2. Moreover, the effects of various parameters on the interfacial fracture toughness and the variations of energy release rates at both ends of the specimen were analyzed in detail.     

SiC颗粒增强铝基复合材料薄板轧制工艺研究

研究了轧制方式、轧制温度等对SiC颗粒增强铝基复合材料显微组织和力学性能的影响.轧制温度为410℃,沿平行于挤压方向进行交叉轧制可以制备出高质量、高性能的薄板.轧制态7075/SiCp复合材料薄板的力学性能为: δa=542.51 MPa, δb=666.09 MPa, δ=4.91%.轧制变形对挤压过程中形成的SiC颗粒条带状不均匀分布也具有改善的作用:轧制过程中,SiC颗粒破碎,尺寸明显变小,形貌呈钝化趋势,随着轧制变形量的增加,SiC颗粒分布趋于均匀.     

不同SiCp预处理的SiCp/Al复合材料界面特征及耐蚀性

采用无压渗透法制备了经不同SiCp表面预处理的SiCp/Al复合材料,研究了SiC颗粒表面预处理对SiCp/Al复合材料界面特征及其腐蚀行为的影响。结果表明,高温氧化处理使SiC颗粒边界钝化,颗粒表面形成均匀SiO2氧化膜,复合材料界面结合良好,而未表面处理和酸洗的复合材料界面孔隙多,界面结合较差。经高温氧化SiC颗粒表面预处理的SiCp/Al复合材料耐腐蚀性能最好,酸洗次之,未表面处理最差。高温氧化处理形成的SiO2氧化膜对SiC颗粒起着保护作用,抑制了SiCp/Al界面Al4C3相形成,对复合材料耐腐蚀性能有利。     

Welding of SiC particle reinforced 6061 Al matrix composite with pulsed TIG

1　INTRODUCTIONDiscontinuously(particle,whiskerandshortfiber)reinforcedaluminumalloycompositeshavebecomeanattractivestructuralmaterialformanyindustrialfieldsowingtoitsexcellentproperties(e.g.highspecificstrength,highspecificstiffnessandgoodwearresistance)…     

Effect of SiC particle addition on microstructure of Mg2Si/AI composite

In the present study, by adding SiC particles into Al-Si-Mg melt, Mg2Si and SiC particles hybrid reinforced Al matrix composites were fabricated through the Mg2Si in situ synthesis in melt combined with the SiC ex situ stir casting. The as-cast microstructure containing primary Mg2Si and SiC particles that distribute homogenously in Al matrix was successfully achieved. The effects of SiC particle addition on the microstructure of Mg2Si/Al composites were investigated by using scanning electron microscopy(SEM) and XRD. The results show that, with increasing the fraction of the SiC particles from 5wt.% to 10wt.%, the morphologies of the primary Mg2Si particulates in the prepared samples remain polygonal, but the size of the primary phase decreases slightly. However, when the SiC particle addition reaches 15wt.%, the morphologies of the primary Mg2Si particulates change partially from polygonal to quadrangular with a decrease in size from 50 μm to 30 μm. The size of primary Al dendrites decreases with increasing fraction of the SiC particles from 0wt.% to 15wt.%. The morphology of the eutectic Mg2Si phase changes from a fi ber-form to a short fi ber-form and/or a dot-like shape with increasing fraction of the SiC particles. Furthermore, no signifi cant change in dendrite arm spacing(DAS) was observed in the presence of SiC particles.     

Mechanism of laser welding of SiC reinforced LD2 aluminum metal matrix composite

0ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＭｅｔａｌｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｒｅｉｎｃｏｍｐａｒａｂｌｅｔｏｔｈｅｍａｔｒｉｘａｌｌｏｙｓｗｉｔｈｔｈｅｉｒｓｕｐｅｒｉｏｒｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｓｕｃｈａｓｈｉｇｈｓｐｅｃｉｆｉｃｓｔｒｅｎｇｔｈ ,ｈｉｇｈｓｐｅｃｉｆｉｃｓｔｉｆｆｎｅｓｓ,ｈｉｇｈｓｐｅｃｉｆｉｃｍｏｄｕｌｅ ,ｌｏｗｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎ[1 ] .Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ,ｍａｎｙｃｏｕｎｔｒｉｅｓｓｕｃｈａｓＡｍｅｒｉｃａ,Ｒｕｓｓｉａ ,Ｊａｐａｎ ,Ｗｅｓｔ Ｅ…     

复杂盘饼类铝合金锻件等温成形缺陷分析

以环形座锻件为例,采用实验研究和有限元数值模拟相结合的方法研究了复杂盘饼类铝合金锻件等温成形时缺陷产生的机理.结果表明:采用反挤变形方式可以控制金属的径向流动速度,能有效地防止复杂盘饼类铝合金锻件的径向折叠和穿流缺陷的发生;各区域金属分配不合理会使局部区域因缺少金属而引起充不满或对流折叠,或使局部金属过多引起折叠;增大镦粗时坯料与模具间的摩擦阻力和变形量,可使坯料获得更好的径向分布的流线,最终得到流线分布合理的锻件.