YAl_2p/MgLiAl复合材料界面结构及稳定性研究

制备了YAl2稀土金属间化合物颗粒增强的镁锂基复合材料.利用透射电镜、高分辨电子显微镜及X射线衍射仪研究了YAl2p/MgLiAl复合材料热稳定性,结果表明,经过400℃30h热处理,YAl2颗粒与基体合金界面结合良好,没有明显的反应物.拉伸实验结果表明,热处理处理后YAl2p/MgLiAl复合材料的抗拉强度为220Mpa,延伸率为12%,分别比铸态提高了11%和20%.讨论了YAl2颗粒与镁锂合金的热力学相容性,表明YAl2颗粒与镁锂合金发生反应的热力学驱动力很小.     

基体合金相组成对硼化物增强镁锂基复合材料组织和性能的影响

采用原位合成法制备了硼化物增强Mg-Li基复合材料。针对基体为Mg-14Li-1Al-1Y的复合材料力学性能仍不能满足工业应用需求的缺陷,以Mg-9Li-1Al-1Y镁锂合金为基体制备了硼化物增强镁锂基复合材料(其成分为(Mg-9Li-1Al-1Y)-6B_4C)。研究了Li含量对基体合金和复合材料组织和性能的影响。试验结果表明:合金Mg-9Li-1Al-1Y与合金Mg-14Li-1Al-1Y相比,其双相区组织晶粒更加细小,各力学性能均有所提高。(Mg-9Li-1Al-1Y)-6B_4C复合材料与Mg-9Li-1Al-1Y合金相比,硬度提高了66%,抗拉强度提高了31.33%,伸长率降低了15.5%。(Mg-9Li-1Al-1Y)-6B_4C与(Mg-14Li-1Al-1Y)-6B_4C相比,屈服强度降低了15.4%,硬度提高了29.3%,抗拉强度和伸长率基本保持不变。以上试验结果表明:随着Li含量的降低复合材料的力学性能没有得到提高,没有实现基体合金强度增加从而相应复合材料强度增加的试验预期,说明相比镁锂基复合材料强化机制中第二相强化与细晶强化的作用,基体强化作用较弱难以体现。     

原位自生TiB2/Al基复合材料的制备及性能

在合金的基础上进一步引入纳米陶瓷颗粒,从而制备出颗粒增强金属基复合材料,是提高金属材料综合性能的重要手段。本文从原位自生TiB_2/Al基复合材料的制备方法、不同加工工艺下复合材料的微观组织、复合材料的力学性能三个方面总结了其研究现状,同时展望了原位自生TiB_2/Al基复合材料的发展方向。通过原位自生方法制备出的TiB_2颗粒增强铝基复合材料具有颗粒尺寸小、与基体界面结合良好等优点。通过合金化设计、热加工塑性变形、快速凝固工艺可进一步改善纳米陶瓷颗粒的分散性。相对于外加法制备的金属基复合材料,原位自生TiB_2/Al基复合材料具有更加优异的力学性能,如弹性模量、强度、抗疲劳性能、抗蠕变性能等。     

Ti合金与SiC_p/Al复合材料在无压浸渗同步复合过程中的相容性

采用熔铝无压浸渗复合工艺在高体份SiCp／Al复合材料制备过程中同步复合Ti合金零部件（圆柱体）,研究了这种跨宏-微观尺度、超混杂铝基复合材料的微观组织及性能,特别是SiCp／Al复合材料与Ti合金零部件之间的相容性。结果表明,复合材料性能优异、组织致密,SiC颗粒分布均匀、无偏聚现象。SiCp／Al复合材料与Ti合金之间的界面结合非常紧密,Ti元素向铝合金基体一侧有一定距离的扩散,并且出现了可增强界面结合的连续、无缺陷的界面反应物薄层,SEM和XRD分析表明界面反应产物为Al2Ti,界面剪切强度超过200MPa,完全可以满足在复合材料中的Ti合金零部件处加工装配孔的要求。     

富镧混合稀土对Mg-10Li-4Al合金组织和力学性能的影响

研究了不同添加量的富镧混合稀土对Mg-10Li-4Al合金显微组织的影响,分析了稀土化合物在合金中的作用,测量了铸态合金室温力学性能.研究表明,富镧混合稀土加入后,细化了晶粒,合金中生成短棒状稀土化合物Al3La,抑制了合金中MgLiAl2相和Mg17Al12相的生成,提高了合金的力学性能;当Al3La数量增多时,合金强度缓慢提高,延伸率下降.     

高体积分数SiCp/Al复合材料高温压缩界面研究

采用无压浸渗制备出高体积分数SiCp/Al多功能复合材料。对该复合材料进行了高温(高于基体熔点)压缩实验。利用XRD和TEM观察了SiCp/Al复合材料的界面结构,分析了高温压缩对复合材料界面的影响,研究了复合材料的复合机理。结果表明:高温压缩后的SiCp/Al复合材料的界面过渡层连续且厚度均匀,过渡层宽度减小了一个数量级;复合材料SiCp/Al界面结合机制包括扩散、位向和反应结合机制,复合材料SiCp/Al界面的这些结合机制,导致了增强相与基体之间很强的界面结合;复合材料的断裂方式为颗粒断裂,SiC增强颗粒与Al基体结合良好。     

不连续碳化硅增强铝基复合材料磨损性能的研究

本文对粉末冶金法制备的SiC晶须(SiC_w)与SiC颗粒(SiC_p)增强的2024Al、2124Al复合材料在销盘式磨料磨损试验机上进行了磨损试验,并用扫描电镜对磨损表面进行了观察。结果表明,与基体合金相比复合材料的抗磨性能显著提高,复合材料的抗磨性能主要取决于增强组元的含量与大小,30vol.％SiC_(p(20μm))/2024Al复合材料的抗磨性可达基体合金的5倍。     

Al合金与复合材料LID连接接头微观结构分析

通过SiC颗粒增强Al基复合材料与Al合金的液相界面扩散 (LID)连接试验 ,重点研究了连接接头区域的微观组织 ,并简要分析了接头中各元素的浓度分布情况。结果表明 ,LID连接Al基复合材料和Al合金形成的界面明显向Al合金一侧偏移 ,并且溶质原子在界面两侧分布存在明显的不对称现象。研究结果为异种材料的连接提供了重要的科学依据     

Y_2O_3掺杂对原位合成TiB/TiAl复合材料显微组织与性能的影响

借助于XRD,SEM分析及力学性能测试,分析了Y2O3掺杂对原位合成TiB/TiAl复合材料显微组织与力学性能的影响.研究表明:Ti-Al-B-Y2O3,体系反应产物的相组成基体为Ti3Al和TiAl相,增强相为TiB,并有微量的Al2O3,YAl3(BO3).相生成.Y2O3的引入,改变了基体TiAl相和Ti,Al相相对含量,生成的YAl3(BO3)4为陶瓷相,其微细、均匀地扩散到基体内部,可细化晶粒.力学性能测试表明,Y2O3的引入能有效改善复合材料的力学性能.     

A1合金与复合材料LID连接接头微观结构分析

通过SiC颗粒增强Al基复合材料与Al合金的液相界面扩散（LID)连接试验，重点研究了连接接头区域的微观组织，并简要分析了接头中各元素的浓度分布情况。结果表明，LID连接Al基复合材料和Al合金形成的界面明显向Al合金一侧偏移，并且溶质原子在界面两侧分布在明显的不对称现象。研究结果为异种材料的连接提供了重要的科学依据。     

Ca对Mg-5Al-8Zn-xCa镁合金显微组织与力学性能的影响

采用重力铸造法制备了Mg-5Al-8Zn-x Ca(x=0,1.75,2.0,2.25,2.5,2.75,3.0,wt%)合金。使用XRD、OM和SEM等研究了Ca含量对合金组织与力学性能的影响。结果表明:铸态Mg-5Al-8Zn-x Ca合金主要由α-Mg基体、β-Mg17Al12相、Mg32(Al,Zn)49相及MgZn2相和Al2Ca相组成。当Ca含量从1.75wt%增加到2.75wt%时,基体晶粒显著细化,β-Mg17Al12相由粗大的连续网状转变为细小的断续网状分布于晶界上,层片状Al2Ca相也显著细化,此时合金的拉伸强度达到最大值138 MPa,较未加Ca时提高了27.8%;Ca含量继续增加至3.0wt%,晶粒又发生粗化,合金拉伸强度发生下降;拉伸断裂形式均为准解理脆性断裂。     

Al-Li合金中超点阵相的研究

 用常规透射电子显微术(TEM)、高分辨电子显微术(HREM)、点阵象模拟和动力学衍身模拟技术研究了Al-2.54Li-1.24Cu-1.01Mg-0.13Zr(AA8090)中的超点阵相。结果证实了Al_3Li和Al_3Zr相的晶体结构符合Silcock提出的模型,并发现,Al-Li-Cu-Mg-Zr合金中同时存在Al_3Zr、Al_3Zr相和Al_3Li/Al_3Zr共生体。在纯二元Al-Li合金中,Al_3Li相主要在淬火过程中调幅分解;在多元合金中,Al_3Li相以第二相质点为核心的析出也是一种重要的形式。     

添加微量Sc对Mg-3Li合金高应变率变形行为的影响

利用Hopkinson压杆对Mg-3Li和Mg-3Li-1Sc合金进行了高应变率冲击实验,分析了添加少量Sc对Mg-3Li合金冲击变形行为及其应变率效应的影响.结果表明,在1350s～3000s-1应变率范围内,两种合金的动态应力-应变行为均表现出显著的应变率强化效应.但随应变率继续升高,合金的动态变形行为转为应变率弱...     

高性能铝基复合材料的颗粒分布及界面结合

采用常规粉末冶金和高能球磨粉末冶金法制备了B4Cp/Al复合材料，研究了B4C颗粒分布与界面结合特点、形成机制以及对材料性能的影响。结果表明，17％（体积分数）B4Cp/6061Al复合材料的屈服和抗拉强度分别为415MPa和470MPa，比常规粉末冶金复合材料分别提高了69％和70％。微观分析表明，高能球磨粉末冶金复合材料中B4C颗粒均匀分布、颗粒与基体之间存在近百纳米厚度的界面层，界面层由呈带状且有序分布的微细铝晶粒和弥散分布的纳米颗粒组成。高能球磨过程中，铝粉末在钢球表面形成冷焊层，B4C不断被挤入而均匀化是实现颗粒均匀分布的主要机制；球磨过程中铝粉末表面氧化层破碎暴露出新鲜铝表面且与镶嵌与铝粉末中的B4C颗粒形成界面结合是获得良好界面结合复合材料的重要条件     

快速凝固Al－Li－Mg－Cu－Zr合金粉末除气过程中的表面反应

研究了未除气及３５０℃／２ｈ,４５０℃／２ｈ,５００℃／２ｈ除气快速凝固（ＲＳ）Ａｌ－Ｌｉ－Ｍｇ－Ｃｕ－Ｚｒ合金粉末表面结构及氧化层厚度和组成,探讨了除气过程中粉末表面的化学反应。结果表明,通常不含Ｌｉ的铝合金粉末除气工艺对ＲＳＡｌ－Ｌｉ合金的效果不明显。     

少量Cu对喷射沉积Al-Li合金显微组织与性能的影响

用喷射沉积方法制备了Al-Li合金及其含0.5%Cu的改型合金,进行了挤压和时效处理,测定了不同状态下这两种合金的显微组织和室温拉伸性能。结果表明,喷射沉积状态的Al-3.8Li-1.0Mg-0.4Ge-0.2Zr合金具有等轴细晶组织,析出Al4Li9和δ AlLi相,时效后析出大量δ' AlLi相;添加0.5%Cu使屈服强度提高30～48MPa,拉伸强度提高44MPa,性能提高的原因是Cu的固溶强化和Li在基体固溶度减少导致δ'相含量增加。     

航空用原位颗粒增强铝基复合材料研制与发展

与外加颗粒法相比,原位自生法制备的颗粒尺寸小、表面干净且与基体界面结合强度高,使得铝基复合材料具有高比强度、高比模量以及良好的强塑性匹配等优势。因此,原位自生铝基复合材料是航空航天结构件轻量化设计的理想材料之一。从原位自生TiB₂颗粒增强铝基复合材料制备、组元配比优化设计、性能与强韧化机制等三个方面总结其研究现状,同时梳理了原位自生TiB₂颗粒增强铝基复合材料存在问题与未来发展方向,以期望促进原位自生铝基复合材料在民航客机等航空高端领域快速发展。