钛/铝爆炸焊接复合板界面表征及冶金连接机制

钛/铝爆炸焊接界面是钛/铝层状复合材料成分、组织、性能的过渡区,决定着钛铝层状复合材料使役可靠性,爆炸焊接界面微观组织与结合机理有待深入研究.借助先进的材料分析手段,表征钛/铝爆炸焊接结合区微观特征,探讨爆炸焊接冶金连接机制.研究表明,沿着爆炸复合方向,钛铝结合界面由平直状向波状转变,波状结合处存在TiAl3金属间化合...     

C/Al-40%Cu复合材料的原位热解-热压法制备及微观结构

以聚乙烯醇缩丁醛为碳源,采用原位热解-热压法制备C/Al-40%Cu(体积分数)复合材料,研究了该复合材料的物相组成、微观结构以及界面反应特性。结果表明:复合材料主要由铝相、铜相、原位生成的碳材料以及少量残留的高分子材料组成,碳材料连续存在于铝、铜相颗粒之间,有效抑制了Al2Cu和Al4Cu9等金属间化合物的生成;复合材料的实测密度接近于理论密度,组织中未见明显孔洞,致密程度较高;复合材料界面结合良好,铝相和铜相、铝相和碳材料层之间均发生了元素互扩散,形成了厚度分别为2.0~3.5μm和1.0~1.5μm的扩散层,铜相和碳材料层之间以机械结合方式连接。     

多层界面相对陶瓷基复合材料横向开裂的影响模拟

针对多层界面相对陶瓷基复合材料(CMCs)横向开裂行为的影响进行了细观有限元模拟。在代表体单元模型中,按照界面相各亚层的实际厚度建立多层界面相几何模型,然后赋予各亚层对应的组分材料参数,建立细观有限元模型。在此基础上,分别采用扩展有限单元法(XFEM)和内聚力界面模型来模拟CMCs中的开裂裂纹和脱粘裂纹,实现复合材料横向开裂过程的模拟。对单层BN界面相和(BN/Si C/BN)、(BN/Si C/BN/Si C/BN)两种多层界面相的模拟结果进行了对比。可以看出,所研究的Si C/Si C复合材料在横向载荷作用下,首先在纤维与界面相之间产生脱粘裂纹,脱粘裂纹扩展后引起外侧基体开裂,最终引起复合材料横向失效;与单层界面相相比,多层界面相将引起不同形态的脱粘裂纹,其横向开裂应变高于单层界面相,开裂位置也存在显著差异。     

钛铝系金属间化合物薄膜的制备和摩擦性能

应用射频磁控溅射方法沉积钛铝系金属间化合物薄膜;用X射线衍射仪(XRD)、配有能谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)和UMT-2型摩擦试验机对薄膜的相组成、形貌和摩擦性能进行了分析.结果表明:该薄膜是由TiAl、TiAl3、Al2O3和TiO2相组成;薄膜表面晶粒均匀细小;对于不同钛、铝含量的薄膜,当铝含量(原子分数)为45%时具有最低的摩擦因数;摩擦因数随着载荷、转速和摩擦时间的增加而减小.     

采用(Ti/Ni/Cu)_f多层箔钎焊C/C复合材料与TiAl合金

采用(Ti/Ni/Cu)_f多层箔状钎料进行C/C复合材料与TiAl合金的钎焊,实现了良好的界面结合,保证了接头的高温力学性能。研究结果表明:钎焊过程中,首先在Ti/Ni界面处接触反应形成低熔共晶液相,Cu元素的溶解促进了钎料的完全熔化和扩散,接头组织一般为C/C/TiC/Al_2(Cu,Ni)Ti_3C/Ti(Cu,Ni)+Al(Cu,Ni)_2Ti/Al(Cu,Ni)Ti+Ti_3Al/TiAl,Ti(Cu,Ni)基体相和球状弥散分布的Al(Cu,Ni)_2Ti相是钎缝的主要组成部分。当钎焊温度较低或者保温时间较短时,由于钎缝中生成了大量的脆性Ti2Ni相,降低了接头的力学性能;当钎焊温度较高或保温时间较长时,C/C复合材料母材界面处开裂,且TiC层从母材脱落,也削弱了接头的抗剪强度。当钎焊温度为980℃,保温时间为10 min时,C/C复合材料与TiAl合金的接头室温抗剪强度达到最大值18 MPa,600℃时接头的高温抗剪强度达到22 MPa。     

石墨烯增强TiAl自润滑复合材料的力学性能研究

利用超声波分散和机械球磨法把石墨烯均匀混合于钛铝基体,采用冷压压制成型和真空热压烧结技术制备石墨烯增强钛铝合金自润滑复合材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和能谱分析仪(EDS)等对该自润滑复合材料的微观组织结构及其力学性能进行了研究。结果表明:石墨烯均匀的分布于钛铝合金自润滑复合材料基体中且石墨烯与钛铝合金未发生界面反应,石墨烯增强TiAl合金自润滑复合材料致密性较好。当石墨烯的加入量为0.3wt%时,自润滑复合材料的屈服强度由469 MPa提高到555 MPa;自润滑复合材料的硬度达到468 HV,比基体提高了11%;随着石墨烯含量的增加,复合材料的硬度和屈服强度逐渐增大,当石墨烯的添加量为0.7 wt%时,复合材料的硬度和屈服强度达到最大。     

铝-铜层状复合材料热辅助超声波増材制造方法

为实现铝铜层状复合材料的优质固相増材制造,克服现有超声波功率器件和设备输出功率的限制,提出具有辅助热场的大功率超声波増材制造装备及方法,并分析热场对铝铜界面结合性能的影响。在不同辅热温度下使用T2铜箔和1060铝箔进行了多层叠加固结试验,对Al/Cu和Cu/Al两种界面形式进行了研究,剥离试验和断口形貌分析表明Cu/Al界面形式具有更高的剥离强度。采用SEM和EDS方法,分析了不同加热温度和压力下的铝-铜界面组织特征,结合金相分析和力学性能测试结果表明：Al/Cu界面力学强度随辅助加热温度的上升而提高,并在加热温度为100℃时铝铜界面在超声波作用下可以形成有效的固相连接接头,且最大力学强度达到26.23 N/mm,Al/Cu和Cu/Al两种焊接形式下界面处元素扩散层宽度均可达到4～6 μm;界面断口呈现准解理断裂的撕裂棱形貌特征。铝-铜复合材料超声増材制造过程中,辅助热场方式可明显提高铝-铜复合材料的加工质量和效率。     

TiAl/40Cr感应钎焊接头界面结构及力学性能分析

以Ag-Cu-Ti为钎料对TiAl与40Cr进行了感应钎焊试验。采用扫描电镜、电子探针和X射线能谱分析仪等分析测试手段对界面组织及生成相进行了分析;测试了接头的抗拉强度及界面生成相的显微硬度。结果表明,钎缝处出现了Ti Al3、Ag[s,s]、Ti(Cu,Al)2三种反应相,当钎焊温度为1 143~1 183 K时, 接头的界面结构为TiAl/ TiAl3 /TiAl3 + Ag[s,s]/ Ti(Cu,Al)2 + Ag[s,s] / Ag[s,s] + Ag-Cu共晶相/ 40Cr;当钎焊温度为1 223 K时,接头的界面结构为TiAl / Ti(Cu,Al)2+少量Ag[s,s]/ Ag[s,s] + Ag-Cu共晶相/ 40Cr。在试验所选的工艺参数范围内,最佳规范为连接温度为1 143 K,保温时间为5 min,此时接头的抗拉强度达到267 Mpa。     

热解碳-SiC共沉积界面SiCf/SiC Mini复合材料的制备及其拉伸行为

以国产第三代碳化硅纤维(SiCf)为增强体,通过化学气相渗透(CVI)工艺在SiCf表面同时沉积热解碳(PyC)和SiC形成共沉积界面层,沉积时间为20～70 min,然后继续沉积SiC制备出致密的Mini SiCf/SiC复合材料,研究复合材料的界面结构和拉伸行为.结果表明:20,40,70 min沉积时间下得到共沉积界面层的平均厚度分别为500,1100,2100 nm,界面层厚度均匀,为单层界面;当共沉积界面层厚度为1100 nm时,Mini复合材料的界面结合强度适中,拉伸强度最大,达到626.0 MPa,对应的断裂应变为0.45％.     

多铁性层状复合材料层内的平行多裂纹问题

由于压电层和压磁层一般是脆性人工陶瓷,在力电磁载荷作用下,压电/压磁层状复合材料不仅界面上可能产生裂纹,其层内也难免会开裂。当层内发生开裂时,除了单裂纹的简单情况外,多裂纹也是一类常见的情况,其中平行于界面的多裂纹是一类形式相对简单并具有较好的理论分析可行性的问题,关于它的研究对于揭示该类复合材料层内基本的断裂力学行为特征具有重要的意义。因此,压电/压磁层状复合材料层内的平行多裂纹问题也具有较大的研究价值。在工程中,该类复合材料往往是由多层压电相与多层压磁相交替粘接而成。为了简化起见,本文仅研究由中间的压磁层和两侧的压电层所组成的三层复合材料层内平行于界面的多裂纹。在本文的分析与计算中,假定压电层的磁导率与压磁层的介电系数同时都不为零。在上述基础上,对该裂纹问题进行理论推导和数值计算,探讨几何参数和物理参数对层内断裂行为的影响规律,为工程中压电/压磁层状复合材料的防断裂设计提供理论参考。