热处理对Cu/Ti层状异质结构复合材料组织及力学性能的影响

利用金相显微镜、扫描电镜、电子背散射衍射和疲劳试验机研究了热处理对Cu/Ti层状异质结构复合材料微观组织及力学性能的影响。结果表明,在400℃×60 min热处理后,Cu/Ti界面处无扩散;在600℃×60 min热处理后生成2μm的扩散层,在800℃×60 min热处理后扩散层厚度增长至约12μm,分为Cu₄Ti、Cu₄Ti₃和CuTi₃共3层结构。400℃×60 min热处理后,复合材料因Ti层而存在异质结构,在拉伸变形过程中,异质变形诱导强化导致其拥有良好的综合力学性能,其抗拉强度和断后伸长率分别为361.7 MPa和36.7%。随着热处理温度的升高,Ti层异质结构逐渐消失,异质变形诱导强化减弱,同时Cu/Ti界面间生成金属间化合物层,从而导致复合材料塑性下降。     

石墨对C/Cu复合材料微观组织及摩擦磨损性能的影响

利用机械合金化和放电等离子烧结技术制备C/Cu复合材料,用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪、显微硬度计和销-盘摩擦磨损试验机对复合粉末和烧结体的组织结构、硬度、摩擦学行为进行了分析.结果表明:C/Cu复合粉末中Cu相粉末由纳米/亚微米复合颗粒组成,石墨主要以纳米层片状结构和非晶态存在,放电等离子体烧结体组织致密、细小且均匀,随着碳含量增加,烧结体的硬度与密度减小;C/Cu复合材料烧结样品在摩擦过程中形成润滑膜,表现出较低的摩擦系数和良好耐磨性,其磨损机制主要为氧化磨损、粘着磨损和剥层磨损.     

Al2O3/Cu多孔复合材料的微观形貌和压缩性能

采用高能球磨-粉末冶金法制备了Al₂O₃/Cu多孔复合材料(A-C-M)。首先利用高能球磨法将Cu粉和Al₂O₃粉末均匀细化,然后将Al₂O₃/Cu复合粉末与造孔剂尿素均匀混合后,再将混合粉末冷压成型,最后通过溶脱-烧结工艺制得A-C-M。采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对粉末原料和A-C-M的微观形貌进行表征分析,使用万能试验机对A-C-M进行压缩性能测试,探讨了尿素和Al₂O₃含量对A-C-M性能的影响。结果表明：高能球磨使Al₂O₃/Cu复合粉末的形貌由球状变为片状,复合粉末尺寸先减小后增大,在球磨4 h时获得最小平均粒径为25μm; A-C-M含有两种特征孔,100～300μm的大孔和1～10μm的微孔;随尿素含量的增加,孔的连通程度及复合材料的孔隙率逐渐增加,其压缩强度逐渐降低;随Al₂O₃含量的增加,A...     

Cu/Al/Cu层状金属复合材料电子束焊接接头特征

研究了Cu/Al/Cu层状金属复合材料的电子束焊,对焊接接头的表面成形、微观组织、力学性能进行分析。结果表明,采用电子束焊可以实现Cu/Al/Cu层状金属复合材料的有效连接。不同金属层焊缝宽度明显不同,铝层焊缝宽度最大,且铝层金属大量进入顶部和底部的铜层焊缝中。各层母材和焊缝界面均出现了IMCs层,铝层主要是Al2Cu,铜层则主要是AlCu,Al2Cu。在焊缝中心生成大量的块状Al2Cu,均匀分布在α-Al和Al2Cu组成的共晶组织基体中。接头抗拉强度为44 MPa,断口呈现明显的脆性断裂特征,拉伸断裂位置于显微硬度最高的焊缝中心区。创新点： (1)采用Cu/Al/Cu层状金属复合材料代替纯铜在工业领域的应用。(2)采用电子束焊接技术实现Cu/Al/Cu三明治结构层状金属复合材料的焊接。     

Ti3AlC2含量对热压制备Cu/Ti3AlC2复合材料的影响

以Ti3AlC2和Cu粉作为原料,原位热压制备一系列Cu/Ti3AlC2复合材料,并研究Ti3AlC2含量对复合材料生成相、显微组织、力学和电学性能的影响。实验结果表明,在1150℃的高温下,不管Ti3AlC2的含量,Al都从Ti3AlC2中溶出进入液相Cu中,反应生成新的复合相。当Ti3AlC2原料的体积分数为40%~60%时,复合材料由Ti3C2相和Cu(Al)合金相组成。Cu/Ti3AlC2复合材料具有高强度及良好的断裂韧性和导电性,归因于Ti3C2聚集薄层与Cu(Al)合金层之间的牢固结合以及Cu(Al)相构成的空间网络结构。当Ti3AlC2原料的体积分数为70%或80%时,复合材料由Ti3C2和Cu9Al4金属间化合物组成,随着Ti3AlC2含量的增加,其强度和断裂韧性减小,硬度和电阻率增大。     

Al2O3颗粒直径对1 vol%的Al2O3/Cu基复合材料组织和性能的影响

采用粉末冶金法+热压工艺制备了不同Al₂O₃颗粒直径的1 vol%Al₂O₃/Cu基复合材料,使用光学显微镜和扫描电镜(SEM)观察了复合材料的显微组织,利用电子拉伸试验机测试了复合材料的力学性能。基于弹/塑性理论推导出了复合材料中颗粒周边的弹性区宽度的表达式。结果表明：Al₂O₃颗粒直径对Al₂O₃/Cu基复合材料强度及基体晶粒尺寸有着较大的影响;Al₂O₃颗粒直径越大,Al₂O₃/Cu基复合材料的抗拉强度、屈服强度越小;当Al₂O₃颗粒直径为5μm时,Al₂O₃/Cu基复合材料的抗拉强度和屈服强度分别为207和90 MPa,是铜试样的95.8%和95.7%。     

石墨烯/SnO2/Cu复合材料微观组织及性能研究

采用微波水热合成法对石墨烯进行表面改性,形成石墨烯/SnO2纳米复合物;将其用于粉末冶金法制备石墨烯/SnO2/Cu复合材料。采用多种分析测试手段对复合材料的微观组织及性能进行研究。结果表明,石墨烯表面吸附的SnO2纳米颗粒不会在复合材料制备过程中脱落,并可有效抑制石墨烯团聚,提高复合材料的致密度、硬度和热导率等性能。本文制备的石墨烯/SnO2/Cu复合材料致密度为91.0%,硬度为166HBW,热导率139W/(m℃),远高于Graphene/Cu复合材料。Graphene/SnO2/Cu复合材料中,界面结合良好,无开裂和界面反应;基体Cu中的刃型位错、形变孪晶以及石墨烯表面的SnO2纳米颗粒,是导致复合材料电导率下降的主要原因。     

TiC/Ti层状复合材料组织与力学性能研究

为了平衡钛基复合材料（titanium matrix composites, TMCs）的强度和延展性,通过电泳沉积将氧化石墨烯（graphene oxides, GOs）沉积到Ti箔表面,然后进行放电等离子烧结（spark plasma sintering, SPS）制备了具有层状结构的原位TiC/Ti复合材料,并对复合材料进行冷轧和退火处理从而进一步优化复合材料的综合力学性能。结果表明,烧结过程中,Ti箔表面的GOs与Ti基体反应形成了原位TiC,从而形成了TiC/Ti层状复合材料,随着沉积时间的增加,分布在Ti层之间的TiC的含量增加;复合材料经过冷轧和退火后,退火态材料的晶粒为等轴晶,且TiC仍然保持层状分布特征。沉积时间120 s时,烧结态材料的抗拉强度（UTS）为555 MPa,伸长率（δ）为15%;退火态材料的抗拉强度为568 MPa,伸长率为27%,相比于烧结态材料,退火态材料达到了较好的强塑性匹配。此外,基于微观组织及断裂行为的分析对复合材料的强韧化机制进行了讨论。     

Cu/Ti3SiC2复合材料的制备及其磨损性能研究

以Cu粉、Ti3SiC2粉末为原料,采用热压烧结技术,制备了不同体积分数的Cu/Ti3SiC2复合材料。用光学显微镜分析了该复合材料的微观组织,利用环块式摩擦磨损试验机测试了其磨损性能,采用SEM、EDS和XRD观察分析发该复合材料的磨损表面形貌及其组成。结果表明:Ti3SiC2在基体组织中分布均匀,随着其含量的增加,其在基体组织中的分布有聚集的趋势,材料的致密度逐渐下降;磨损质量损失在Ti3SiC2含量达到20vol%时最小;该复合材料的磨损机理以粘着磨损、磨粒磨损为主,同时伴随有一定量的氧化磨损,氧化产物为Cu2O。     

原位增强TiB2/Al-4.5Cu复合材料的组织与力学性能

通过不同配比的混合盐体系(K2TiF6-KBF4-Na3AlF6-Al-4.5Cu )制备原位增强TiB2/Al-4.5Cu复合材料,分析该复合材料的凝固组织,测试其力学性能,并与基体合金进行对比.结果表明:K2TiF6-KBF4-Na3AlF6在Al-4.5Cu合金熔体中能够反应生成弥散分布的TiB2颗粒,从而起到细化和强化基体的作用.当K2TiF6和KBF4混合物加入量w为基体的20%时,复合材料的力学性能最优,抗拉强度σb达到414.3 MPa,伸长率δ为4.2%,硬度HB为132,分别比基体提高54%,35%,40%.     

粉末注射成形SiCp/Cu复合材料的显微组织和力学性能

采用粉末注射成形技术制备了SiCp体积含量分别为5％、10％和15％的SiCp/Cu复合材料,对该复合材料的显微组织、显微硬度和抗拉强度进行了检测,观察了拉伸断口的形貌,对拉伸断口进行了能谱分析.结果表明:SiC颗粒较均匀地分布在Cu基体中;随着SiCp含量的增加,该复合材料的硬度增大,而抗拉强度先增大后减小;该复合材料拉伸断裂的裂纹源主要为SiC颗粒附近Cu基体的开裂、SiC颗粒与Cu基体界面的脱粘两种情况;在氢气气氛条件下烧结得到的该复合材料中不含O元素.     

Mg对原位合成TiB2/Al-7Si复合材料的微观组织及力学性能的影响

采用K2TiF6和KBF4混合盐原位反应法制备TiB2/Al-7Si复合材料,利用XRD、SEM、金相显微镜、HV硬度测试和磨损实验等方法研究了Mg对复合材料的微观组织和力学性能的影响.结果表明:反应生成的TiB2颗粒平均尺寸约为0.5 μm,材料的硬度和耐磨性随着TiB2含量的增加而提高;添加1.5%Mg(质量分数)元素可明显细化TiB2颗粒,且使其分布更加均匀,增强TiB2颗粒的弥散强化和细晶强化效果,复合材料的硬度和耐磨性显著改善;过量的Mg元素(3%)会造成TiB2颗粒细化效果的下降,但其硬度和耐磨性能继续得到改善.     

原位反应合成（TiB2-Al2O3）/NiAl复合材料的微观组织

通过Ni、Al、TiO2和B2O3粉末之间的原位反应合成(TiB2-Al2O3)/NiAl复合材料,研究材料的物相组成和组织结构,并对典型组织的形成过程进行探讨。结果表明:反应产物由NiAl、TiB2和Al2O3这3种相组成。基体由NiAl和Al2O3组成,而TiB2颗粒规则,尺寸2~5μm,呈簇状镶嵌在Al2O3中,少量弥散分布在NiAl基体上。分析认为TiB2的晶体结构、含量、所处NiAl熔体环境以及极快的冷却速度是影响其生长形态和分布的主要原因。     

Si3N4颗粒体积分数对Si3N4/Al复合材料微观组织和力学性能的影响（英文）

采用压力浸渗法制备Si3N4体积分数分别为45%、50%和55%的颗粒增强铝基复合材料(Si3N4/Al)。研究Si3N4体积分数和T6热处理对Si3N4/Al复合材料微观组织和力学性能的影响。结果表明:Si3N4颗粒分散均匀,Si3N4/Al复合材料浸渗良好,没有明显的孔洞和铸造缺陷;在Si3N4颗粒附近的铝基体中,可以观察到高密度位错;Si3N4/Al复合材料的弯曲强度随着Si3N4体积分数的增大而降低;T6热处理能提高复合材料的强度;复合材料的弹性模量随着Si3N4体积分数的增加而线性增加;在低Si3N4体积分数时,可以观察到更多的撕裂棱和韧窝;T6热处理对断口形貌的影响较小。     

Al2O3/TiB2/Al复合材料的微观结构和高温力学性能

以细雾化铝粉和TiB₂颗粒为原料,通过粉末冶金和热轧制制备微米TiB₂和纳米Al₂O₃颗粒增强铝基复合材料。室温时,由于TiB₂和Al₂O₃的综合强化作用,Al₂O₃/TiB₂/Al复合材料的屈服强度和抗拉强度分别为258.7 MPa和279.3 MPa,测试温度升至350℃时,TiB₂颗粒的增强效果显著减弱,原位纳米Al₂O₃颗粒与位错的交互作用使得复合材料的屈服强度和抗拉强度达到98.2MPa和122.5 MPa。经350℃退火1000 h后,由于纳米Al₂O₃对晶界的钉扎作用抑制晶粒长大,强度和硬度未发生显著的降低。     

SiCp/2A14复合材料厚板FSW接头微观组织与力学性能

实现了20 mm厚的15%SiC_p增强2A14铝基复合材料搅拌摩擦对接焊,并对接头的微观组织和力学性能进行了分析。结果表明：SiC_p/2A14复合材料焊接接头可以划分为四个区域,分别是母材(BM)、热影响区(HAZ)、热力影响区(TMAZ)和焊核区(NZ)。其中,BM区的组织呈现轧制条带状,该组织在HAZ受热发生了粗化;在TMAZ中,能够观察到由细小晶粒组成的挤压流线状组织;然而在NZ中,条带状组织消失,形成了均匀细小的等轴晶;并且NZ中SiC颗粒和白色相Al₄C₃得到充分细化,呈弥散均匀分布。接头的显微硬度最低值出现在HAZ和TMAZ的交界处,此处也是FSW接头断裂位置。接头的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为278 MPa、255 MPa和2.77%,分别达到母材的83.91%、77.62%和71.76%。通过数字图像相关法(DIC)测得接头的最大局部应变为16.8%。接头的断裂模式为韧性断裂和脆性断裂的混合断裂模式。     

Al/Cu多层复合板的组织演化及其对力学性能的影响(英文)

研究异步冷轧退火工艺制备的Al/Cu多层复合材料的组织演化及其对力学性能的影响。采用SEM和TEM分析界面组织,用界面剥离实验和拉伸实验测试复合板的力学性能。结果表明:异步冷轧复合工艺可以获得界面紧密连接的超细晶多层复合材料。退火促进Al和Cu连接界面上金属原子的扩散,甚至导致金属间化合物的生成。复合板的连接界面在300°C退火时发生固溶强化现象,界面的连接强度达到最大,但是在更高温度退火时界面生成的金属间化合物导致连接性能急剧下降。在300°C退火时,复合板组织发生再结晶并获得较高的抗拉强度;而在350°C退火时,界面存在亚微米厚度的过渡层,有利于位错滑移运动,因此复合板获得较高的伸长率。     

冷轧Ti/Al层状复合材料固-液反应过程中的界面微观组织演变

将冷轧Ti/Al层状复合材料在675~750 ℃下进行不同时间的退火处理,退火过程中钛和铝都保持过剩,研究了Ti/Al层状复合材料的界面微观组织演变。结果表明：Ti和Al的界面层由2个亚层组成,其中一个为紧密的TiAl₃亚层,其微观结构为紧密的TiAl₃层,其中分布着随机取向的充满Al的裂纹,另一个为颗粒状的TiAl₃亚层,其微观组织结构是颗粒状的TiAl₃分布在Al基体中。在不同的退火温度和时间条件下,紧密TiAl₃亚层的厚度几乎没有变化,但是颗粒状亚层的厚度随着退火温度及时间的增加而增加;另外,界面层中的TiAl₃颗粒的体积分数在不同的温度下均随着退火时间的延长而下降。因此提出了反应扩散模型来描述界面层的形成机理,在此模型中,TiAl₃相是化学反应和扩散的结果,并且也考虑了TiAl₃相的溶解。计算结果表明TiAl₃相的形成与生长由化学反应控制,其等效厚度与退火时间之间遵循线性规律,这主要是因为Ti和Al原子能够快速地通过紧密的薄TiAl₃亚层。     

Mg含量对原位TiC/Al-4.5Cu复合材料微观组织与拉伸性能的影响

采用接触反应法制备了原位TiC/Al-4.5Cu复合材料,借助光学显微镜、透射电子显微镜研究了向基体合金中添加不同含量的Mg对复合材料微观组织和拉伸性能的影响。结果表明:随着Mg的添加量由0.8%(质量分数,下同)增加到2.0%,TiC/Al-4.5Cu复合材料的延伸率下降,而抗拉强度在1.5%Mg时,达到极值。与同等条件下制备的不含Mg的TiC/Al-4.5Cu复合材料相比,抗拉强度提高了17.7%,但延伸率下降了17.9%。TiC颗粒的细化有助于复合材料力学性能的提高,但针状Al2CuMg相的析出阻碍了复合材料塑性的进一步提高。TiC/Al-4.5Cu-Mg复合材料中TiC颗粒尺寸为100nm左右。     

粉末注射成形SiCp/Cu复合材料的显微组织与力学性能

通过粉末注射成形技术制备了SiC颗粒增强Cu基复合材料,并采用溶剂脱脂和热脱脂工艺对注射坯料进行脱脂,再对脱脂坯料进行了烧结,获得了致密烧结件.观察了不同SiC含量的SiCp/Cu复合材料的断口形貌,研究了不同SiC含量SiCp/Cu复合材料的硬度、抗拉强度和磨损性能.结果表明:随着SiC含量的提高,SiCp/Cu复合材料的断口韧窝减少,撕裂棱增多,材料趋向于脆性断裂;随着SiC含量的提高,该复合材料的硬度升高,但强度在SiC含量为10vol％时最高,SiC含量进一步提高则强度下降;随着SiC含量的提高,SiCp/Cu复合材料由粘着磨损向颗粒磨损转变,磨损率下降.