双辊快速凝固制备颗粒增强铝基复合材料的新途径

为了制备基体晶粒细小、增强颗粒分布均匀且与基体结合良好、界面上无明显反应产物的颗粒增强铝基复合材料，在铝及铝合金双辊快速凝固技术研究的基础上，提出了同步喷射增强颗粒和结合熔体接触反应法的两种双辊快速凝固制备方法，介绍了这两种方法制备颗粒增强铝基复合材料的思路，阐述了制备的复合材料的潜在特点。     

搅拌摩擦加工制备颗粒增强铝基复合材料的研究现状及展望

铝合金作为现代工程和高新技术领域发展的关键材料之一,具有密度小、比强度和比刚度高、耐蚀性好等特点。通过在铝基体中添加增强相颗粒,制备得到的颗粒增强铝基复合材料既有铝合金良好的强度、韧性、易成形性等特点,又有颗粒的高强、高模等优点,是近年来应用最广的一类金属基复合材料。 目前,制备铝基复合材料的方法主要有粉末冶金法、铸造以及超声波法等,但这些方法在制备过程中需要较高的温度,颗粒与金属基体容易发生不良的界面反应,从而影响界面结合效果,降低复合材料的性能。搅拌摩擦加工(FSP)作为一种新型的固相加工技术,可同时实现材料微观组织的细化、致密化和均匀化。目前,FSP直接法已在铝基复合材料制备方面取得应用,主要是将增强相颗粒通过打盲孔或开槽的方式预置在金属基体内再进行FSP,进而制备出高致密度的颗粒增强铝基复合材料。因为FSP过程的温度低,颗粒与铝基体不会发生界面反应,所以该方法也被用于制备具有形状记忆效应(SME)的铝基功能复合材料。 近年研究结果表明,颗粒相对FSP制备的铝基复合材料晶粒细化起到显著作用,这有助于提高复合材料的拉伸强度、显微硬度及疲劳强度等力学性能。随着颗粒含量的增加和颗粒尺寸的减小,复合材料的力学性能得以增强。再者,减小颗粒尺寸有利于改善颗粒与基体之间的结合。另外,通过优化搅拌头的结构、形状和尺寸,以及FSP工艺参数,已经可以实现加工后颗粒相在基体中的均匀分布。 鉴于搅拌摩擦加工(FSP)直接法在制备颗粒增强铝基复合材料方面所具备的短流程、高效能以及基体与增强相颗粒界面无杂质等优势,本文对目前FSP直接法制备颗粒增强铝基复合材料的最新研究现状进行了总结。主要综述了FSP制备颗粒增强铝基复合材料过程中颗粒的含量、类型及尺寸对复合材料组织与力学性能的影响,并对颗粒分布均匀性以及颗粒与铝基体的界面问题做了阐述。文章最后深入分析了当前研究中的不足之处并展望了未来的研究方向。     

增强颗粒在铝基复合材料中的作用

主要讨论了铝基复合材料中常用的几种增强颗粒SiC、B4C、TiC、Al2O3、TiB2、AlN的特性及制备中可能与基体发生的界面反应和改善方法,从而可选取适当的铝基体与增强颗粒组合,通过适当的方法,制备出高性能的复合材料.     

快速凝固技术制备颗粒增强铝基复合材料的研究进展

颗粒增强铝基复合材料的快速凝固技术是新近发展起来的一种新型材料复合技术，旨在将复合材料和快速凝固的优势相结合。目前其工艺和材料研究在国际上尚处于初期阶段，已出现的制备方法主要有三类，即快速凝固熔铸、粉末冶金和雾化沉积。着重分析、对比和评价了这些方法的工艺过程和材料制备特点。     

陶瓷颗粒增强铝基复合材料的工业制备与应用

随着陶瓷颗粒增强铝基复合材料的高速发展,如何把生产成本、制备方法与应用有机地结合起来是推动陶瓷颗粒增强铝基复合材料发展的关键所在。概述了陶瓷颗粒增强铝基复合材料的主要工业制备方法,着重分析了陶瓷颗粒增强铝基复合材料的应用领域,还指出当代陶瓷颗粒增强铝基复合材料制备方法所存在的问题以及发展趋势。     

颗粒增强铝基复合材料阳极氧化与耐蚀性的研究

基体中加入与铝合金基体电位不同、高体积分数的碳化硅和石墨颗粒增强材料,可能导致材料的耐蚀性降低.采用盐雾腐蚀和硬质阳极氧化方法对4种喷射沉积制备的颗粒增强铝基复合材料和一种喷射沉积锭坯颗粒增强铝基复合材料的腐蚀行为及阳极氧化工艺进行了研究.结果表明,颗粒增强铝基复合材料具有较高的腐蚀率,腐蚀形态均为明显的点蚀;在适当阳极氧化工艺条件下,颗粒增强铝基复合材料表面可以制得优良耐蚀性的硬质阳极氧化膜.     

低频电磁场下原位合成Al-Zr-O系复合材料机制研究

为研究低频电磁场下铝基原位复合材料的合成机制,以A356-Zr(CO3)2反应组元制备出Al-Z-O系复合材料,在低频旋转电磁场条件下原位合成了微米级颗粒增强铝基复合材料.研究表明:当感应线圈内输入电流150A,频率4Hz时,对应磁场强度为0.25T,X射线衍射结果显示基体中增强相为Al3Zr和Al2O3;SEM观察该条件下合成的复合材料凝固组织发现,生成的增强颗粒细小,粒径1~2μm,而且在基体中均匀弥散分布.对原位反应的热力学和动力学过程分析表明:反应的关键环节是高温铝液和ZrO2固液相间反应,电磁场力作用加大了反应体系的混合对流运动,提高了传热传质和物质扩散速度,并促进了颗粒在基体中的弥散分布.     

颗粒增强Al基复合材料的制备工艺及凝固过程

着重研究了颗粒增强Al基复合材料的搅拌法制备工艺及凝固过程。 通过对熔体搅拌法制备颗粒增强金属基复合材料的工艺优化进行探讨,最终用最简单的工艺过程制备出组织致密、颗粒分布均匀、界面结合良好的SiC、Al_2O_3、SiO_2颗粒增强Al-4％Mg复合材料。 SiC、Al_2O_3、SiO_2颗粒增强Al-4％Mg复合材料在等轴晶凝固条件下,颗粒被等轴晶排斥,出现颗粒推移,晶粒直径越大,颗粒分布越不均匀。在试验分析基础上,提出了颗粒推移的强烈程度由晶粒与颗粒的质量比决定的观点:同种颗粒,其直径越大,颗粒推移越不强烈;同样直径不同种类的颗粒,其密度越大,颗粒推移越不强烈。 AlO_3颗粒增强 Al-4％Mg复合材料的凝固组织中的显微缩孔是由颗粒加入导致熔体粘度增加、颗粒堵塞枝晶间的补缩流动通道以及颗粒与基体合金的热膨胀系数的差异三种因素引起的。由于气孔易在SiC颗粒表面形核,或者SiC颗粒与基体结合较弱,使得SiC颗粒增强Al-4％Mg复合材料比Al_2O_3颗粒增强Al-4％Mg复合材料易形成显微缩孔。对SiO_2颗粒增强Al-4％Mg复合材料来说,SiO_2颗粒与基体间发生了界面反应,一定量的Si溶入了基体,增大了基体的凝固潜热,从而提高了基体合金凝固时的补缩流动能力,所以SiO_2(P)/Al-4％Mg复合材料的凝固组织比同样条件下Al_2O_3(P)     

增强颗粒与基体适配性对颗粒增强铝基复合材料强化机理的影响

用粉末冶金法制备了分别用Al2O3、SiC颗粒增强的颗粒体积分数为25%的6061Al基复合材料,在不同温度对其进行固溶-时效热处理,通过拉伸曲线分析和断口SEM分析研究了增强颗粒与基体适配性对颗粒增强铝基复合材料拉伸性能的影响。结果表明,低强度Al2O3颗粒不适合用于增强高强度的6061Al基体;研究了增强颗粒与基体适配性对颗粒增强铝基复合材料强化机制的影响,发现主要通过影响应力传递机制来影响复合材料性能;揭示了适配性与增强颗粒开裂、复合材料屈服之间的关系,得出增强颗粒相对于基体强度越高,颗粒开裂越少,并总结了一种表示增强颗粒与基体适配性关系的方法。     

SiCp颗粒增强铝基复合材料工艺与组织研究

对无压渗透制备碳化硅颗粒增强铝基复合材料工艺进行了探索，并利用光学显微镜、扫描电镜对其组织进行了观察，用ｘ射线衍射仪对复合材料组成相进行了分析。结果表明：采用无压渗透技术，可以制备碳化硅颗粒增强铝基复合材料；熔融的基体合金对碳化硅颗粒预制体渗透完全；其过程存在Ａｌ与ＳｉＣ的化学反应，产物为Ｓｉ和碳化铝（Ａ１４Ｃ３），其中Ｓｉ进入基体中，Ａｌ４Ｃ３能与大气中水汽发生化学反应，结果使碳化硅铝基复合材料存放一定时间后发生龟裂和粉化。为限制Ａｌ与Ｓｉ反应，可向基体中加入适量的Ｓｉ元素，可使电裂与粉化问题得到解决。     

原位反应制备颗粒增强钛基复合材料的研究进展

原位反应制备的颗粒增强钛基复合材料中增强颗粒与基体的相容性好,复合材料高温性能稳定,成为制备高性能颗粒增强钛基复合材料的首选途径.目前,粉末冶金法、熔铸法、放热弥散法、燃烧合成法和机械合金化法都已用于原位反应制备颗粒增强钛基复合材料.综述了这些制备方法的原理、特点以及制备出的复合材料的组织和性能,指出了原位反应制备颗粒增强钛基复合材料今后的发展方向.     

碳化硅颗粒增强铝基复合材料颗粒表面改性技术研究现状

SiC颗粒增强铝基复合材料因具有高的比强度、比刚度、耐磨性及较好的高温稳定性而被广泛应用于航空航天、电子、医疗等领域,但由于SiC颗粒高熔点、高硬度的特点以及SiC颗粒与铝基体间存在界面反应,碳化硅铝基复合材料存在加工性差、界面结合力不足等问题,已无法满足航天等领域对材料性能更高的要求,因此开展如何改善基体与颗粒之间界面情况的研究对进一步提升复合材料综合性能具有重要的科学意义。结合国内外现有研究成果,总结了SiC颗粒与铝基体界面强化机制、界面反应特点、表面改性技术原理及数值建模的发展现状,结果表明,现有经单一表面改性方法处理后的增强颗粒对铝基复合材料性能的提升程度有限,因此如何采用新的手段使复合材料性能进一步提升将成为后续研究热点,且基于有限元数值模拟方法进行复合材料设计也是必然趋势。最后针对单一强化性能提升有限的问题,提出了基于表面改性的柔性颗粒多模式强化方法,同时针对现有的技术难点展望了后续的研究方向,以期为颗粒增强复合材料的制备提供理论参考。     

颗粒增强铝基复合材料的研究现状

本文综合评述了颗粒增强铝基复合材料增强相的选择及其有关性能。着重介绍了颗粒增强铝基复合材料的各种制备工艺及特点，以及颗粒增强铝基复合材料的机械性能和物理性能，并列举了颗粒增强铝基复合材料在一些领域中的应用情况。     

石墨烯增强铝基复合材料的制备工艺、组织与性能研究进展

石墨烯因独特的二维结构与优异的力学性能成为铝基复合材料的理想增强体。随着铝基复合材料制备技术的日益成熟,石墨烯增强铝基复合材料在结构材料的广泛应用已成为研究的热点。综述了石墨烯增强铝基复合材料制备工艺的最新研究进展,重点讨论了石墨烯有效分散的方法,石墨烯铝基复合材料的组织与界面结构。研究表明,石墨烯能够显著提高复合材料的力学性能,细化基体晶粒。通过合理控制复合材料的制备工艺参数不但能够有效解决石墨烯的团聚问题,而且能避免石墨烯与基体之间界面的不利反应。最后提出了石墨烯增强铝基复合材料研究目前面临的挑战以及解决思路。     

大塑性变形制备铝、镁基颗粒增强复合材料的研究进展

综述了目前大塑性变形(SPD)制备铝、镁基颗粒增强复合材料工艺的研究进展;总结了在SPD过程中复合材料增强颗粒的细化、再分布及基体合金晶粒的超细化等组织演变特点;分析了经SPD加工后铝、镁基颗粒增强复合材料的强韧化机制以及其力学性能的提升空间。最后指出了SPD制备颗粒增强复合材料尚存在的问题及可能的发展方向。     

喷射沉积颗粒增强铝基复合材料显微组织调控与强韧化机制的研究现状

喷射沉积颗粒增强铝基复合材料有着广阔的应用前景,但是因成形困难、强韧性低而使得应用受到限制,制备时控制热变形过程中的动态再结晶行为和揭示强韧化机制是关键。本文综述了喷射沉积铝基复合材料的冶金结合情况,分析了导致强韧性降低的因素,认为通过旋球同步微变形能抑制沉积颗粒表面的氧化,使增强颗粒与基体结合紧密,并通过冶金结合调控增强颗粒的分布,优化材料的组织,实现梯度材料的制备;同时通过选择不同的增强颗粒得到不同的增强效果,针对性地提高强度、耐磨性等性能;通过显微组织调控(如层状结构、网状结构等)实现构型强韧化。本文还展望了喷射沉积铝基复合材料的发展趋势,认为系统研究增强颗粒、组织构型和颗粒增强复合材料强韧性机制是进一步提升颗粒增强铝基复合材料综合性能的关键问题。     

颗粒增强铝基复合材料时效析出行为研究

时效是提高金属基复合材料力学性能和增强材料稳定性的重要方法,颗粒增强铝基复合材料的时效带来的强化效果有时甚至大于颗粒添加带来的弥散增强效果,深入研究时效析出行为对改进热处理工艺和复合材料的优化设计有至关重要的指导性作用.在当前开展的颗粒增强铝基复合材料时效行为研究的基础上,从时效机理出发,重点分析了基体、颗粒增强体、热处理工艺及加工工艺等对陶瓷颗粒增强铝基复合材料时效析出的影响,评述了当前主要采用的几种颗粒增强铝基复合材料时效析出行为的研究方法,展望了未来颗粒增强铝基复合材料时效行为可能的研究方向.     

颗粒增强铝基复合材料界面性能的研究

颗粒增强铝基复合材料具有较好的比刚度、比强度、抗疲劳、耐热耐磨和辐射屏蔽等优点,广泛应用于航空航天、军工、电子和汽车等领域。在这类材料中,基体-增强体界面的结构与性能对复合材料宏观性能影响显著。综述了颗粒增强铝基复合材料主要的制备方法和应用现状,特别聚焦于界面的结构及其对复合材料宏观性能的影响方式与机制,同时指出了复合材料制备过程中各种因素对材料界面性质的影响。最后,展望了颗粒增强铝基复合材料界面性能研究的发展前景,指出可采用先进的微纳米尺度的测量技术,结合显微结构表征的方法,系统地研究界面性能与结构之间的关系。     

陶瓷颗粒增强泡沫铝基复合材料的制备与性能

陶瓷颗粒增强泡沫铝基复合材料是近年来开发的一种新材料。本文介绍了各种陶瓷颗粒增强泡沫铝基复合材料的制备方法及组织性能研究现状。认为今后一段时期应着重研究以下几方面问题：对泡沫铝基复合材料制备工艺做进一步的研究，优化工艺参数，使工艺更稳定可靠；分析陶瓷颗粒对泡沫铝基复合材料发泡工艺、气泡尺寸及形状的影响．深入探讨其机理，进一步解决气孔结构和均匀性问题；系统研究泡沫铝基复合材料微观组织及界面结合形态；系统研究泡沫铝基复合材料的机械性能、物理性能及其影响因素，为该类材料的应用奠定理论基础；广泛开展泡沫铝基复合材料的推广应用研究，使之尽快为工农业生产的发展做出贡献。     

高体积分数SiCp/A356复合材料的显微组织和电导率

铝基复合材料在电子封装领域存在着潜在的应用前景。为获得高体积分数的铝基复合材料,利用压力浸渗法制备了高体积分数SiC颗粒增强A356复合材料(SiC_p/A356),通过金相显微镜、XRD、SEM和EDS等分析手段对其物相、显微结构和电导率进行了表征。结果表明:用该方法制备的SiC_p/A356复合材料组织致密,颗粒分布均匀,界面结合性能较好;SiC增强颗粒与A356基体界面反应控制良好,仅有少量Al4C3脆性相生成。SiC粉体经颗粒表面氧化处理在其表面生成一层SiO_2薄膜,虽抑制了界面反应的发生,但也使复合材料的收缩减小,电阻率增大,导电性能变差。