一种由MCNP设计,通过SPS加热轧制备的新型辐射屏蔽复合材料

本研究旨在设计和制备一种新型的中子和γ射线辐射屏蔽复合材料。基于蒙特卡罗模拟,含不同W质量分数(40~70%)的新型(W+B)/6061Al复合材料首次采用球磨法和SPS加热轧制法制备,并对其组织和力学性能进行了研究。实验结果显示,轧制之后,W和B颗粒均匀分布于基体中,而且W/Al界面以固溶体的形式呈现出良好的冶金结合。复合材料的物相主要包括W和Al。EBSD结果表明,W颗粒具有促进动态再结晶(DRX)成核、限制晶粒长大和降低6061Al基体织构的作用。拉伸试验表明,W含量为50 wt.%的复合材料强度最高,塑性较好。结合模拟结果,该组分的复合材料性能达到了实际应用要求。(W+B)/6061Al复合材料的强化机理包括位错强化和载荷传递效应。     

一种由MCNP设计，通过SPS加热轧制的新型辐射屏蔽复合材料（英文）

设计和制备了一种新型的中子和γ射线辐射屏蔽复合材料。基于蒙特卡罗模拟,首次采用球磨法和SPS加热轧制法制备了不同W含量(40%～70%,质量分数)的新型(W+B)/6061Al复合材料,并对其组织和力学性能进行了研究。实验结果显示,轧制之后,W和B颗粒均匀分布于基体中,而且W/Al界面以固溶体的形式呈现出良好的冶金结合。复合材料的物相主要包括W和Al。EBSD结果表明,W颗粒具有促进动态再结晶(DRX)成核、限制晶粒长大和降低6061Al基体织构的作用。拉伸试验表明,W含量为50%的复合材料强度最高,塑性较好。结合模拟结果,该组分的复合材料性能达到了实际应用要求。(W+B)/6061Al复合材料的强化机理包括位错强化和载荷传递效应。     

B4C/6061Al复合材料热压缩断裂行为的多尺度研究

运用实验和模拟仿真相结合的方法研究了B_4C/6061Al复合材料的热压缩断裂行为,确定了损伤模型及损伤参数。建立了单向多尺度有限元模型,分析了B_4C/6061Al复合材料的细观损伤机理。结果表明,由于B_4C/6061Al复合材料内部不均匀的细观结构,剪切损伤模型不能预测其断裂行为,而GTN损伤模型能准确预测B_4C/6061Al复合材料的热压缩断裂行为。通过与实验结果的比较,确定了31% B_4C/6061Al (质量分数)复合材料的GTN模型损伤参数,从而使模拟和实验获得的裂纹深度和载荷-位移曲线高度一致。此外,利用单向多尺度有限元法准确地分析了B_4C/6061Al复合材料热压缩过程的细观损伤机理,即热压缩过程中出现的宏观裂纹是由颗粒的脆性断裂、基体和界面的脱黏以及基体的延性损伤导致的。     

B_4C/6061Al中子吸收材料微观结构及其力学性能

采用真空热压后轧制的方法(VHPR)成功制备了混合粒径增强的B4C/6061Al中子吸收材料,B4C含量分别为0%、20%、30%和40%(体积分数)。对中子吸收材料的微观组织形貌及其界面行为进行了观察,对材料的拉伸强度及断口进行了测试分析,对强化机理进行了讨论。结果表明:6061Al基体构成了空间网络结构,界面结合处为冶金结合,界面扩散层厚度可达5μm,随着B_4C颗粒含量的增加,中子吸收材料内部小粒径B_4C颗粒出现了局部的团聚现象。中子吸收材料的强度呈现先增大后减小的趋势,断裂方式主要为沿界面开裂和B_4C颗粒的解理断裂。中子吸收材料经过多道次的轧制以后,基体铝晶粒得到细化,在B_4C颗粒周围出现了大的塑性变形区,轧制同时也提高了B_4C颗粒在基体铝中的分布均匀性,减少材料内部缺陷。     

AA6061-31%B_4C复合材料的制备与表征（英文）

开发一种高效液态搅拌铸工艺制备AA6061-31%B_4C复合材料。研究该工艺的关键参数,并对复合材料的显微组织和力学性能进行表征。结果表明,真空搅拌/浇铸、B_4C/Mg加料方式和铸锭冷却是AA6061-31%B_4C复合材料成功制备的关键参数。化学腐蚀检测结果证实复合材料中含有设计含量的B_4C;X射线荧光检测表明,复合材料基体中Mg和Si含量符合工业标准;扫描电镜和X射线衍射结果表明,B_4C颗粒均匀分布在基体中,颗粒之间为时效析出的Mg2Si相;拉伸结果表明,AA6061-31%B_4C复合材料的抗拉强度为340 MPa,比AA1100-31%B_4C复合材料的抗拉强度提高了112.5%,这归因于基体铝合金强度的大幅提高。     

高含量B_4C/Al6061复合材料微弧氧化机制及耐腐蚀性

用微弧氧化技术对30%B_4C/6061Al复合材料进行了表面改性处理,探索了该材料的微弧氧化机制、表面反应产物和形貌。结果表明:B_4C/6061Al复合材料表面生成了一层灰白色的Al_2O_3层,B_4C陶瓷粉末颗粒与基体6061Al微间隙得到闭合,其腐蚀电流密度降低约三个数量级,耐蚀性能高于未做表面微弧氧化的复合材料。     

高强塑性TiB2P/Al复合材料的制备与力学性能

采用TiB2颗粒与铝粉混配的方法,获得利于成形的预制体,采用压力浸渗法制备体积分数为20%的TiB2P/6061Al复合材料,并采用10:1的挤压比对复合材料进行热挤压。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和万能电子拉伸机对热挤压前后复合材料的微观组织及力学性能进行研究,发现经过该种方法制备的复合材料经热挤压后具有良好的室温拉伸力学性能,抗拉强度为447.5MPa,弹性模量为121.8GPa,延伸率可达7.95%,显示出良好的强塑性配合,分析其强塑性来源于增强体与基体之间的良好界面结合、晶粒细化强化和沉淀强化。     

不同的二次加工方法对B_4C/Al复合材料性能的影响

采用粉末冶金法制备B_4C含量为33%的铝基复合材料毛坯,采用不同的二次加工工艺:挤压+轧制和热压+轧制;对采用两种不同的二次加工工艺成型的板材进行显微组织和力学性能对比。结果表明:采用挤压+轧制的B_4C/Al复合材料中没有大尺寸的显微缺陷,组织分布比较均匀、致密;且金相组织中增强相出现很明显的沿轧制方向线性分布的特征。采用挤压+轧制的B_4C/Al复合材料抗拉强度提高,但是屈服强度降低,屈强比减小,增加了复合材料作为承载结构时的安全性能。采用挤压+轧制的复合材料板材B_4C颗粒与基体的结合强度较高,B_4C颗粒断裂较少,断裂的方式基本是裂纹以穿晶或者沿着颗粒拔出的凹坑处扩展。     

加工道次对FSP制备高熵合金增强铝基复合材料组织和性能的影响

采用搅拌摩擦加工制备了以AlCoCrFeNi_2.1高熵合金为增强相的6061铝合金复合材料(AlCoCrFeNi_2.1/6061Al),重点研究了加工道次对复合材料组织均匀性、界面结合以及力学性能的影响. 结果表明,随搅拌摩擦加工道次的增加,AlCoCrFeNi_2.1/6061Al复合材料组织均匀性及力学性能均得到明显改善. 复合材料中基体与增强相界面结合良好,界面处扩散层厚度随加工道次增加而增大. 相较于不添加增强相的6道次搅拌摩擦加工铝合金,AlCoCrFeNi_2.1增强相颗粒的引入可进一步细化晶粒并提高抗拉强度,且随着加工道次增加,复合材料抗拉强度及断后伸长率均显著升高. 2,4道次下的断口存在明显的颗粒聚集区,而6道次下断口表面颗粒分布均匀且呈现大量韧窝,为典型的韧性断裂. 该现象主要归因于载荷传递效应、弥散强化和细晶强化3大强化机制.     

加工道次对FSP制备高熵合金增强铝基复合材料组织和性能的影响

采用搅拌摩擦加工制备了以AlCoCrFeNi_2.1高熵合金为增强相的6061铝合金复合材料(AlCoCrFeNi_2.1/6061Al),重点研究了加工道次对复合材料组织均匀性、界面结合以及力学性能的影响。结果表明,随搅拌摩擦加工道次的增加,AlCoCrFeNi_2.1/6061Al复合材料组织均匀性及力学性能均得到明显改善.复合材料中基体与增强相界面结合良好,界面处扩散层厚度随加工道次增加而增大。相较于不添加增强相的6道次搅拌摩擦加工铝合金,AlCoCrFeNi_2.1增强相颗粒的引入可进一步细化晶粒并提高抗拉强度,且随着加工道次增加,复合材料抗拉强度及断后伸长率均显著升高。2,4道次下的断口存在明显的颗粒聚集区,而6道次下断口表面颗粒分布均匀且呈现大量韧窝,为典型的韧性断裂。该现象主要归因于载荷传递效应、弥散强化和细晶强化3大强化机制。     

水下搅拌摩擦加工制备CoCrFeNiMn/6061Al复合材料组织和性能研究

采用水下搅拌摩擦加工制备CoCrFeNiMn高熵合金颗粒增强6061-T6基复合材料，研究了时效热处理对CoCrFeNiMn/6061Al复合材料微观组织、显微硬度和磨损性能的影响。采用扫描电镜和电子背散射衍射技术对复合材料的微观组织进行了表征，采用显微硬度和磨损实验对复合材料的性能进行了评价。结果表明，经5道次搅拌摩擦加工后，CoCrFeNiMn高熵合金颗粒均匀分布在Al基体中，且与基体界面结合良好，无明显扩散层。时效热处理后，CoCrFeNiMn高熵合金颗粒与基体界面出现厚度约为200 nm的扩散层，复合材料的平均显微硬度达到120.0 HV,比Al基体提高了27.7%。与Al基体相比，复合材料的平均摩擦因数从0.4491升高至0.4855。时效热处理后，复合材料的平均摩擦因数降低至0.3188,主要磨损机制为磨粒磨损。     

热挤压多尺度B_4C增强5083铝基复合材料的加工、表征、室温力学性能和断裂行为（英文）

研究热挤压Al5083/B_4C纳米复合材料的显微组织表征和力学行为。Al5083和Al5083/B_4C粉末在氩气气氛和旋转速度400 r/min条件下球磨50 h。为提高伸长率,将球磨粉末与30%和50%(质量分数)平均粒径100μm和100μm未球磨粉末进行混合,然后进行热压和热挤压,挤压比为9:1。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱、透射电子显微镜、拉伸和硬度测试研究了热挤压合金。结果表明,机械球磨和B_4C颗粒使Al5083合金的屈服强度从130 MPa提高至560 MPa,但伸长率急剧下降(从11.3%降至0.49%)。添加平均粒径100μm未球磨颗粒可提高合金的塑性但降低拉伸强度和硬度,而添加平均粒径100μm未球磨颗粒同时降低拉伸强度和塑性。随着未球磨颗粒含量的增加,断裂机理从脆性断裂转变为韧性断裂。     

高含量B_4C/6061Al复合材料热处理的组织与性能

采用粉末冶金法制备30%B4C/6061Al复合材料坯料,经过二次加工(挤压+轧制)后得到复合材料板材,对板材进行T6(530℃保温2 h后中温水淬,175℃时效6.5 h)热处理。采用光学显微镜(OM)和透射电子显微镜(TEM)对热处理前后复合材料的微观组织形貌进行观察,运用显微硬度仪和万能拉伸试验机对复合材料的热处理前后的力学性能进行测试。结果表明:退火态时观察到再结晶晶粒和少量位错;时效态时观察到大量的位错和析出相。热处理状态对复合材料伸长率无明显的影响,但对材料的硬度和抗拉强度影响较大,B4C/6061Al复合材料经T6热处理后硬度和抗拉强度分别提高了15%和12%。     

高含量B_4C/6061Al复合材料热处理的组织与性能北大核心CSCD

采用粉末冶金法制备30%B4C/6061Al复合材料坯料,经过二次加工(挤压+轧制)后得到复合材料板材,对板材进行T6(530℃保温2 h后中温水淬,175℃时效6.5 h)热处理。采用光学显微镜(OM)和透射电子显微镜(TEM)对热处理前后复合材料的微观组织形貌进行观察,运用显微硬度仪和万能拉伸试验机对复合材料的热处理前后的力学性能进行测试。结果表明:退火态时观察到再结晶晶粒和少量位错;时效态时观察到大量的位错和析出相。热处理状态对复合材料伸长率无明显的影响,但对材料的硬度和抗拉强度影响较大,B4C/6061Al复合材料经T6热处理后硬度和抗拉强度分别提高了15%和12%。     

基于TOPSIS和改进NSGA-Ⅱ法的搅拌摩擦工艺制备B_4C/A356复合材料显微组织和力学性能的混合多目标优化（英文）

采用搅拌摩擦工艺以A356合金为基体金属制备B_4C/A356复合材料。利用人工神经网络(ANN)和非支配排序遗传算法-Ⅱ研究复合材料的显微组织和力学性能。首先,研究不同加工条件下制得的复合材料的显微组织。结果表明,搅拌摩擦工艺参数如搅拌头的旋转速度、横向移动速度和形状显著影响基体中初始Si颗粒的尺寸、复合材料层中B_4C增强剂的分散效果及体积分数。采用高旋转/移动速度比和螺纹销形状搅拌头能获得较好的颗粒分布、较细的Si颗粒和较少的B_4C团聚体。其次,通过硬度和拉伸试验研究复合材料的力学性能。结果显示,经搅拌摩擦工艺处理后样品的断裂机理由脆性断裂转变为延性断裂。最后,利用人工神经网络技术建立了搅拌摩擦工艺参数与复合材料显微组织和力学性能的关系。采用结合多样性保护机制的NSGA-Ⅱ法,即ε消除算法得到搅拌摩擦工艺参数的Pareto最优解集。     

粉末冶金制备50%SiC_p/Al复合材料的结构及性能

采用球磨加常压烧结的粉末冶金工艺制备50%SiC_p/6061Al(体积分数)复合材料,研究了烧结温度对该高体积分数SiC_p/Al复合材料结构与性能的影响。结果表明:球磨有利于形成成分均匀的50%SiC_p6061Al复合粉体;随着烧结温度的升高,50%SiC_p/6061Al复合材料的致密度及抗弯强度先增后减。710℃烧结的复合材料性能最佳,致密度达到97%,抗弯强度大于400 MPa。该复合材料中SiC_p呈解理断裂,而Al合金基体呈韧性撕裂的断裂特征。750℃烧结的50%SiC_p/6061Al复合材料中,SiC_p/Al界面反应加剧,生成较多的Al4C3相,导致复合材料结构劣化,性能降低。     

高能球磨结合粉末冶金法制备碳纳米管增强7055Al复合材料的微观组织和力学性能

采用高能球磨结合粉末冶金工艺制备了碳纳米管(CNT)含量(体积分数)分别为0、1%和3%的CNT/7055Al复合材料。采用OM、SEM、TEM以及拉伸实验等方法研究了CNT/7055Al复合材料的CNT分布、晶粒结构、近界面结构及力学性能,分析了复合材料的强化机制和各向异性。结果表明,CNT/7055Al复合材料为无CNT的粗晶区与富集CNT的超细晶区组成的双模态晶粒结构;CNT在Al基体的超细晶区中分散良好,CNT-Al界面干净清洁,界面反应产物少;3%CNT/7055Al复合材料沿挤压方向的抗拉强度达到816 MPa,但延伸率仅为0.5%。细晶强化和Orowan强化是CNT/7055Al复合材料主要的强化机制。由于CNT沿不同方向的增强效率不同以及粗晶条带组织的存在,复合材料表现出比基体合金更强烈的各向异性,在垂直挤压方向的拉伸性能要弱于沿挤压方向的拉伸性能。     

体积分数和烧结温度对(AlSiTiCrNiCu)p/6061Al复合材料的热导率的影响

高熵合金具有高硬度、高强度、耐磨、耐腐蚀、高温热稳定等优异性能,源于金属-金属间天然的界面结合特性,高熵合金与铝合金有良好的界面润湿性。本文采用AlSiTiCrNiCu高熵合金颗粒作为增强相增强铝合金,研究高熵合金体积分数与烧结温度对复合材料导热性能的影响。结果表明,(AlSiTiCrNiCu)p/6061Al复合材料的导热率随着AlSiTiCrNiCu颗粒体积分数的增大而降低,20 vol.% (AlSiTiCrNiCu)p/6061Al复合材料的导热率为61.59 W/(m?K),相比于基体6061Al合金降低了52 %。当体积分数为10%时,随着烧结温度的升高,复合材料的导热率降低,烧结温度为540℃时,复合材料的导热率为65.80 W/(m?K)。TEM分析,高熵合金与铝合金的界面为扩散性界面,没有发生界面发应,有助于导热率的降低。     

体积分数和烧结温度对(AlSiTiCrNiCu)_p/6061Al热膨胀性能的影响

采用AlSiTiCrNiCu高熵合金颗粒(HEA_p)作为增强相增强铝合金,研究高熵合金颗粒体积分数和烧结温度对HEA_p/6061Al复合材料热膨胀系数(CTE)的影响。结果表明:25～100℃时,6061Al合金和AlSiTiCrNiCu高熵合金(HEA)的热膨胀系数分别为23.04×10~(-6)/℃和9.85×10~(-6)/℃;随着高熵合金颗粒体积分数的增高,HEA_p/6061Al复合材料的热膨胀系数明显降低。当保持高熵合金颗粒体积分数不变时,随着温度的升高,HEA_p/6061Al复合材料的热膨胀系数呈现出先增大后保持不变的规律。     

微米级SiC颗粒增强铝基复合材料的强化机制

为了研究微米级碳化硅颗粒(SiCp)尺寸和含量对中体积分数SiCp增强铝基复合材料强化机制的影响,用粉末冶金工艺制备SiCp体积分数为30%~40%,颗粒尺寸为3~40μm的SiCp/2024Al复合材料,利用TEM,万能材料试验机等对材料微观结构和拉伸性能进行了研究。结果表明,复合材料的抗拉强度和硬度均随着SiC颗粒尺寸的增大而减小,随体积分数的增加而增大。复合材料的强化是由多种强化机制协同作用的结果,SiC颗粒尺寸主要通过位错强化和细晶强化显著影响对复合材料的强化效果。