微观状态SiCp/Al复合材料铣削残余应力模拟分析

为了获得更高精度的高体积分数SiCp/Al复合材料铣削加工表面残余应力数据,采用有限元分析软件ABAQUS建立了基于正交切削的微观平面应变模型。复合材料两相材料属性被分别定义,改善了在宏观状态下整体定义材料属性的精度缺陷,并对其微观状态切削残余应力产生过程进行模拟分析。分析并得出了不同切削参数对工件加工表面残余应力的影响规律以及沿工件层深方向的残余应力分布情况。结果表明切削速度和每齿进给量对SiCp/Al复合材料已加工表面残余应力有着相似的影响规律,但每齿进给量的影响作用较为显著。     

低体积分数SiCp/Al复合材料热变形行为的研究

在Gleeble-3500热模拟实验机上对机械超声搅拌法制备的SiCp/Al复合材料进行高温压缩变形实验,研究其高温热变形行为.变形温度为300～500℃,应变速率为0.0005～0.1 s-1,在实验数据的基础上,引入Z-H参数建立了用于描述复合材料高温热变形行为的本构关系模型.研究表明:流变应力开始随应变的增加而增大,出现峰值后逐渐减小并趋于平稳,表现出流变软化特征;应力峰值随温度的升高而减小,随应变速率的增大而增大.     

SiCp/Al复合材料界面调控研究进展

SiCp/Al复合材料具备一系列优异的物理性能,是航空航天、电子封装、装备、核电、汽车、轨道交通等国家重大需求和国民经济装备制造所需的关键材料.但是,工业精密仪器关键零部件对SiCp/Al复合材料的性能要求相对较高,导致复合材料在诸多高端领域的应用受到了严重限制,因而提升SiCp/Al复合材料的整体性能是当前亟需解决的重要难题.对于给定的增强体与基体,界面相具有的微观结构和物化性质是影响SiCp/Al复合材料性能的决定因素.然而,界面相在形成过程中通常会出现润湿性差、结构缺陷多以及生成不良界面产物等问题,对SiCp/Al复合材料的性能产生了严重的负面影响.因此,有效实现界面的可控设计成为提升复合材料性能的关键.根据近几年关于SiCp/Al复合材料界面调控的研究工作来看,增强体颗粒表面改性在抑制增强体与基体之间的相互扩散以及减缓化学反应速率等方面发挥着重要作用,而表面改性处理的方式通常包括酸洗、高温氧化和添加涂层等.在基体中添加合金元素能够有效降低铝液的表面张力,改善SiCp/Al复合材料界面相的润湿性,同时可抑制不良界面反应的发生.目前合金化处理添加的元素通常包括Mg、Si、Cr、Ti、Fe等.在SiCp/Al复合材料的制备过程中,烧结温度、保温时间、冷却速率、成型压力、球磨时间以及烧结气氛等成型工艺参数均会影响界面的反应程度,因而对成型工艺的优化改进同样能够有效调控复合材料的界面信息,以实现对SiCp/Al复合材料性能的提升.本文结合SiCp/Al复合材料界面相具有的微观结构和物化性质,从增强体颗粒表面改性、基体合金化和成型工艺优化改进三个角度综述了SiCp/Al复合材料界面调控的研究现状,并对其未来发展的整体趋势进行了展望.     

前处理对高体积分数SiC_p/Al复合材料化学镀镍的影响

对高体积分数SiCp/Al复合材料进行前处理,再化学镀镍。研究了除油、粗化、活化对SiCp/Al复合材料化学镀镍的影响。分析了镀镍层的显微组织。结果表明,有机溶剂除油比碱液除油效果好。H2O2系粗化比HF系粗化更为适宜。在由醋酸镍、次亚磷酸钠和乙醇组成的活化剂中室温浸润,然后160℃温度下热还原30min,化学镀镍镀速较高。前处理后在SiCp/Al复合材料表面化学镀镍可沉积上致密、均匀、结合良好的镀镍层。     

无压浸渗法制备不同体积分数及梯度SiCp/Al复合材料

选用不同粒径大小的SiC颗粒,并通过对颗粒分布的有效控制,采用无压浸渗工艺制备了不同体积分数(15%～65%)的SiCp/Al复合材料,并在此基础上试制了梯度SiCp/Al复合材料.运用OM,XRD等手段对所制备的复合材料进行了显微组织观察与成分分析,并对选定体积分数的复合材料进行了密度以及力学测试.研究结果表明,无压浸渗工艺下不同体积分数的SiCp/Al复合材料组织均匀、致密,力学性能良好;具有梯度结构的SiCp/Al复合材料层间结合良好,没有层间剥离现象.     

SiCp/Al复合材料抗弯性能研究

利用空气气氛下的无压渗透法制备了高体积分数的SiCp/Al复合材料,研究了颗粒粒径、基体合金成分、预处理工艺对复合材料抗弯性能的影响,并采用SEM观测了复合材料抗弯断口形貌.结果表明,SiCp/Al复合材料的抗弯强度随着SiC颗粒粒径减小而增大;基体材料的强度越高,复合材料的抗弯强度越高;复合材料整体上表现出脆性断裂的特征.     

连续分布界面相对SiCp/Al复合材料热导率影响的数值模拟

采用有限元方法对SiCp/Al复合材料的导热性能进行了数值模拟, 建立了含界面相颗粒增强铝基复合材料测试模型, 研究了不同界面相种类、厚度对复合材料热导率的影响。结果表明: 当界面相与SiC/Al结合理想时, 且界面相在颗粒表面呈连续分布时, 复合材料热导率随着界面层热导率的增加而增大, 但增加的幅度由快变慢; 复合材料热导率随界面层厚度的变化取决于界面层厚度t与颗粒粒径a的比值, 当t/a很小或t/a较大时, 热导率随界面层厚度的变化很小, 当t/a较小时, 热导率随界面层厚度的变化则与界面层热导率有关。     

不同体积分数SiC_p/Al复合材料薄壁板的变形仿真

应用ABAQUS软件对SiC_p/Al复合材料薄壁板的变形进行仿真研究,得出了载荷施加位置、SiC颗粒体积分数对SiC_p/Al复合材料薄壁板变形及应力的影响规律。结果表明:随载荷施加位置沿约束方向从薄壁板的中间向端部移动,薄壁板的最大变形和最大应力增加趋势越来越明显;随着载荷施加位置距约束端距离的增加,薄壁板的最大变形和最大应力呈增加趋势。随着SiC颗粒体积分数从5%增加到40%,薄壁板的变形和应力均变化不大,当体积分数从40%增加到56%时,应力明显减小,载荷作用位置距离约束端越远,最大变形减小的趋势越大。     

数值模拟SiCp/Al复合材料的微观结构对力学性能的影响

本文运用有限元法模拟了SiC颗粒体积分数和颗粒尺寸对SiCp/Al复合材料弹性模量、屈服强度、延伸率的影响。为了建立与真实显微结构相似的复合材料模型,假定任意尺寸的SiC颗粒随机地分布在SiCp/Al复合材料中。计算结果表明:SiC颗粒体积分数对复合材料的力学性能的影响更加显著。随着体积分数的增加,SiCp/Al复合材料的弹性模量和屈服强度逐渐增加;而其延伸率会相应降低。其应力应变曲线由韧性材料的特性向脆性材料的特性逐渐过渡。相反,当平均颗粒尺寸在一定的范围内变化时,颗粒尺寸对其应力-应变曲线的影响并不显著。     

高体积比SiCp/6063Al复合材料的铝基钎料制备及钎焊工艺研究

采用快速甩带技术制备了(Al-10Si-20Cu-0.05Ce)-1Ti(质量分数/%)急冷箔状钎料,并对60%体积分数的SiCp/6063Al复合材料进行真空钎焊实验,然后对钎料及接头的显微组织与性能进行测定和分析。结果表明,急冷钎料的微观组织细小、成分均匀,厚80~90μm,主要包含Al、CuAl2、Si和Al2Ti等相。当升高钎焊温度(T/℃)或延长保温时间(t/min),SiCp/钎料界面的润湿性改善,6063Al基体/钎料间互扩散和溶解作用增强,接头连接质量逐渐提高。当T=590℃、t=30min时,接头抗剪强度达到112.6 MPa;当T=590℃、t=50min时,少量小尺寸SiCp因液态钎料排挤而分散于钎缝,因加工硬化而使接头强度递增7.3%。然而,当T≥595℃、t≥60min时,SiCp偏聚于钎缝,导致接头组织恶化,且剪切断裂以脆性断裂为主。综合考虑钎焊成本与接头强度使用要求,确定最佳钎焊工艺为590℃、30min。     

高体分SiCp /Al复合材料热变形行为及组织的研究

在应变速率为0.0005～0.01 s-1、变形温度为700～900 ℃条件下,对高体积分数SiC颗粒增强Al基复合材料进行了高温压缩实验,研究了复合材料高温压缩流变应力,观察了复合材料压缩后的组织形貌.结果表明:SiCp/Al复合材料在热压缩变形中发生了伪塑性变形,流变应力随应变速率的增加而增加,随变形温度的增加而降低;通过线性回归分析计算了复合材料的应变指数n以及变形激活能Q,获得了材料高温条件下的流变应力本构方程;高温压缩后的复合材料,颗粒尺寸、圆整度及分布均匀性明显提高.     

6061Al／SiC层合复合材料在交变温度场作用下热应力的有限元分析

对 60 61Al/ Si C层合复合材料在交变温度场作用下的热应力进行数值分析。采用ANSYS有限元分析软件中的结构单元 ,将金属铝视为弹塑性材料 ,且采用 Mises随动强化塑性模型 ,同时计及温度对材料性能的影响 ,计算了不同温度下的残余塑性变形和热应力 ,并给出了2 0 5℃至 2 0℃交变温度场作用下的残余热应力循环曲线 ,数值计算结果与实验数据复合较好。本文的研究工作为该复合材料的疲劳寿命的预报提供良好的理论基础。     

无压渗透法制备SiCp/Al复合材料工艺优化研究

无压渗透法是制备SiCp/Al复合材料的重要技术.应用实验方法系统地研究了无压渗透法的工艺参数和添加元素对制备工艺的影响.结果表明,在无压渗透法制备SiCp/Al复合材料的工艺过程中,浸渗温度是浸渗过程顺利进行的重要因素,900℃的浸渗温度为最佳浸渗温度.适量加入Mg元素能提高熔融金属Al和增强体SiC颗粒之间的浸润性,获得结合强度好、孔洞和疏松较少的SiCp/Al复合材料,Mg元素的最佳含量约为1.2%(质量分数).适量添加Si元素能增强熔融铝液的流动性,降低SiC颗粒与Al液间的表面张力,改善其润湿性.     

高体积分数的 SiCp/Al复合材料的 SPS致密化机理研究

运用放电等离子烧结（SPS）技术制备出体积分数达60％，致密度达99％的SiCp／Al复合材料．从烧结工艺的控制及电场的影响两方面对SPS烧结SiC，／Al复合材料的机理进行了研究，认为SPS烧结SiCp／Al复合材料的致密化过程主要依靠烧结温度、压力及升温速率的合理搭配，使Al熔融粘结SiC颗粒，而又不溢出模具；烧结过程中未发现明显的放电现象，可能由于电场太弱不足以引发放电．