5wt％YAl2p／Mg-Li复合材料的组织与性能的研究

采用搅拌铸造法制备了5wt% YAl2p颗粒增强Mg-14Li-1Al合金基复合材料,研究了YAl2p/Mg-14Li-1Al复合材料的界面、组织特征,并对基体合金和复合材料的室温力学性能进行了测试.组织分析表明,YAl2p增强颗粒在基体合金中分布均匀,界面结合良好,未发现明显的团聚现象,也未观察到化学反应或明显的原子扩散.复合材料的室温拉伸强度为189 Mpa,较基体合金提高了约45.3%,而塑性得到了良好的保持(7%).     

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。     

原位自生TiB2p/Cu基复合材料微观组织及性能

文摘利用Cu、Ti、B三种粉末,反应热压制备了原位TiB2p/Cu复合材料,采用XRD、扫描电镜和透射电镜分析了原位复合材料的显微组织。热压状态下,XRD分析表明材料体系在一定的工艺条件下能够完全生成TiB2p;SEM分析表明,TiB2颗粒在基体Cu中弥散、均匀分布;TEM分析发现TiB2颗粒呈六边形,尺寸约为几十微米。TiB2颗粒与基体结合良好,界面清洁,无污染。TiB2p/Cu复合材料的显微硬度及拉伸性能较基体Cu都有所提高。     

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     

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。     

使役条件下SiC_p/Al复合材料的建模拟实

基于有限元方法,通过Python语言开发了SiC_p/Al复合材料的参数化建模程序,利用ABAQUS图形用户界面(GUI)完成了建模过程的可视化,搭建了颗粒的大小、形状、体积含量和分布可控的快速建模拟实平台。利用此平台建立了SiC_p/Al复合材料基于微细观的代表性体积单元(RVE)有限元模型,并先后引入了颗粒的弹脆性断裂行为、基体的弹塑性断裂损伤行为和界面的拉伸-开裂行为,实现了SiC_p/Al复合材料的变形和断裂的全过程模拟。为研究使役条件下SiC_p/Al复合材料的构效关系,建立了颗粒体积含量为7%和14%的复合材料有限元模型,首先研究了拉伸过程中颗粒体积含量对复合材料变形和损伤行为的影响;然后将体积含量为7%的复合材料模拟压缩过程与拉伸过程进行对比,分析了在不同载荷条件下复合材料的变形和损伤机理。实践证明,所建立的SiC_p/Al复合材料参数化建模平台可用于颗粒增强金属基复合材料基于微细观的有限元建模,对复合材料强韧化机理分析和构效关系研究具有重要的价值。     

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.     

采用Ti-Zr-Cu-Ni-Co钎料钎焊SiC纤维增强钛基复合材料的接头组织与性能

针对SiCf/β21S钛基复合材料,采用Ti-Zr-Cu-Ni-Co系新钎料,进行了钎焊实验和接头力学性能测试.实验结果表明:960℃/10min规范下的钎缝组织形貌单一,钎焊接头剪切强度平均值为157.8MPa;960℃/10min/5MPa规范下的钎缝主要由层片状组织组成,接头剪切强度平均值达到291.2MPa,较前者提高了85%左右,该接头经过900℃/2h热处理后组织变化不大.钎缝中的缺陷以及Ti和Zr与Cu,Ni和Co三种合金元素形成的脆性化合物相在接头中所占比例对接头性能影响很大.     

金刚石涂层刀具钻削高比分SiC_p/Al复合材料试验研究

SiC_p/Al复合材料与传统的金属材料相比,具有优异的物理和热学性能。但在孔加工中,棱边加工缺陷成为影响其在高端产品中使用的主要问题之一。开展金刚石涂层刀具钻削SiC_p/Al复合材料的试验研究,对试验力学信号进行分析,对出入口棱边缺陷形成机理及形貌特征做出了解释。结果表明:使用金刚石涂层刀具钻削SiC_p/Al复合材料时,每步钻削深度、进给速度和主轴转速对轴向力的作用依次减弱;出口处质量明显优于入口处,入口缺陷形成机理主要是Al基体的断裂和SiC颗粒脱落;金刚石涂层钻头适合用于加工SiC_p/Al复合材料。对于SiC_p/Al复合材料的实际加工应用有一定的参考价值。     

适合航空航天用SiCp/Al复合材料的性能

采用粉末冶金法制备了Φ300 mm的15%(体积分数)SiCp/A l复合材料坯锭,研究了热挤压、锻造后的材料力学性能以及断裂特点。结果表明,该材料的弹性模量在97 GPa、拉伸强度保持在550 MPa的水平下,延伸率仍高达7%左右,旋转弯曲疲劳强度在250~290 MPa范围内,断裂韧性为25 MPa.m1/2,冲击韧性为62.5 kJ/m2。与棒材挤压态相比,T4态复合材料拉伸强度和屈服强度分别提高66.7%和100%,但塑性保持在同一水平。断口观察表明,挤压态复合材料以基体韧性断裂为主要形式,而T4态复合材料除了基体韧性断裂外,还存在SiC颗粒断裂现象。挤压棒材锻造后有利于提高材料的横向强度。     

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。     

Cf / E-TiO2 复合材料的制备与性能

采用复合分散工艺将纳米TiO_2均匀分散于环氧树脂中,制备了环氧-纳米TiO_2树脂浇铸体,并采用湿法缠绕工艺制备了T700碳纤维增强环氧复合材料(C_f/E)以及T700碳纤维增强环氧-纳米TiO_2(C_f/ETiO_2)复合材料NOL环与Φ150 mm容器,研究了纳米TiO_2对环氧树脂浇铸体、复合材料NOL环和Φ150 mm容器性能的影响。结果表明,纳米TiO_2的加入对环氧基体和C_f/E复合材料均有不同程度的增强、增韧效果,其中环氧基体的拉伸强度提高了9.2%,弯曲强度提高了9.8%,冲击强度提高了52.9%;C_f/E-TiO_2复合材料NOL环层剪强度达到87.7 MPa,提高了22.3%;Φ150 mm容器特性系数达到43.4 km,纤维强度发挥率达到94.3%,分别提高了9.9%和3.3%。     

超细晶Laves相NbCr2颗粒增强Nb基复合材料的制备及其组织性能研究

采用机械合金化 热压工艺制备了Laves相NbCr2增强的Nb基复合材料。研究了Nb-22.5Cr配比成分的Nb,Cr元素粉经MA30h后在1250℃分别热压10min,20min和30min所获得的Nb/NbCr2复合材料的组织和性能。结果表明:三种热压时间均可制备出组织均匀,致密度高的Nb/NbCr2复合材料,体积分数约为30%的近等轴状的Laves相NbCr2颗粒弥散分布于Nb固溶体基体中。热压20min的试样具有最佳的组织和性能,其Laves相NbCr2的晶粒尺寸达到亚微米级,致密度达到99.2%,维氏硬度为9.41GPa,屈服强度为2950 MPa,抗压强度为3345 MPa,塑性应变达到了7.01%,充分实现了Laves相NbCr2颗粒强化和细晶强韧化的效果。     

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。     

Fe_2O_3掺杂原位合成Al_2O_3/TiAl复合材料的组织与性能

利用Ti-Al-TiO2-Fe2O3体系的放热反应,原位热压合成了Fe掺杂的Al2O3/TiAl复合材料。借助XRD和SEM研究了复合材料的物相组成和显微结构以及Fe2O3引入量对复合材料结构和力学性能的影响。结果表明:产物主要由γ-TiAl,α2-Ti3Al,Al2O3相构成,Al2O3颗粒分布于基体交界处,存在一定的团聚;随Fe2O3的掺杂量增大,Al2O3颗粒呈细小弥散分布,同时基体晶粒尺寸也减小,较好地改善了材料的力学性能,复合材料的相对密度和洛氏硬度逐渐增大。Fe2O3掺杂量为0.84%(质量分数)时,复合材料弯曲强度和断裂韧度达到最大值,分别为624MPa和6.63 MPa·m1/2。     

SiCp/Al复合材料加工损伤及刀具优选研究进展

SiC_p/Al复合材料中增强相SiC颗粒的存在降低了该材料的加工性能,使得其切削加工时产生一系列加工损伤。本文综述了SiC_p/Al复合材料的加工缺陷类型、缺陷形成机理、缺陷控制策略和切削刀具的磨损机理与优选策略,并对今后SiC_p/Al复合材料加工损伤研究进行了展望。     

快速凝固Al-Ni-Cu-Nd金属玻璃的晶化行为及Al基纳米晶／非晶复合材料的结构特征研究

采用熔体旋甩法制备了快速凝固Al87Ni7Cu3Nd3金属玻璃薄带,并以连续加热和等温加热两种模式对非晶态薄带进行退火处理。采用差示扫描量热分析、X 射线衍射分析和高分辨率电镜分析等手段研究了非晶态薄带的晶化过程,对非晶态和退火态薄带的微观结构进行了细致检测,研究重点放在形成α Al纳米晶体颗粒的初始晶化行为,以便了解Al基纳米晶/非晶复合材料的结构特征。结果表明,快速凝固Al87Ni7Cu3Nd3合金薄带为单一的非晶态结构。非晶态薄带的晶化过程包括两个主要转变:α Al晶体从非晶基体中析出的初始晶化以及有Al3Ni,Al11Nd3和Al8Cu3Nd形成的第二次晶化过程。初始晶化的速率控制过程可能是铝自扩散,而第二次晶化过程则受控于溶质原子Ni,Nd和Cu的扩散。90～160℃等温退火薄带由α Al晶体相加残余非晶相的两相组织构成,随着等温温度的提高,初始晶化过程速率增大,而随着退火时间的延长,α Al晶体相的相对含量增大。110℃等温热暴露130min退火薄带的显微组织可以描述为,在非晶基体上均匀弥散分布着体积分数约20%的α Al晶体纳米(10nm)颗粒。     

SiC_p/Al复合材料内螺纹螺旋磨削加工方法研究

铝基碳化硅颗粒增强型复合材料(SiC_p/Al复合材料)切削加工性能较差,其内螺纹的切削加工难度更大。在研究SiC_p/Al复合材料磨削加工性能的基础上,提出利用电镀超硬磨料成形砂轮进行SiC_p/Al复合材料内螺纹螺旋磨削加工的工艺方法,并研制了电镀CBN成形砂轮,进行了具体的内螺纹磨削试验。试验结果验证了SiC_p/Al复合材料内螺纹螺旋磨削加工方法的可行性和灵活性。在砂轮线速度v_s=5.86m/s、进给速度v_f=80mm/min的条件下,CBN成形砂轮对SiC_p/Al复合材料展现出较好的磨削能力,单个砂轮可以完成17个M8螺纹孔的螺旋磨削加工,其内螺纹的加工尺寸精度均满足6H塞规的检测要求。同时,电镀CBN砂轮的磨损形式以磨粒磨损为主,砂轮表面未出现大面积脱落的现象。这说明,利用超硬磨料成形砂轮可以实现SiC_p/Al复合材料内螺纹的高效高质量加工,此工艺方法具有较高的工程应用价值,适于在实际生产中推广应用。     

碳化硅颗粒增强铝基复合材料的研究

采用加压浸渗法成功制备了SiC_p/Al(纯)复合材料,探讨了加压浸渗工艺并测定了复合材料的力学性能。试验结果表明,向SiC颗粒内加入适量添加剂后制成的预制件,更有利于铝液的渗透,从而能有效地提高复合材料的强度。试验结果还表明,在本试验范围内(SiC颗粒体积分数30％～50％,颗粒粒径0.1～5μm),复合材料的强度随SiC百分含量的增加而增加,随SiC颗粒粒径的减小而呈上升趋势。     

微量Er对Al-Mg-Mn合金组织与力学性能的影响

采用半连续铸造法制备Al-6.8Mg-0.3Mn和Al-6.8Mg-0.3Mn-0.4Er(质量分数,%)两种合金铸锭。合金铸锭经均匀化处理—多道次热轧成4mm薄板;研究不同退火温度下微量Er对Al-Mg-Mn合金微观组织与力学性能的影响。结果表明:添加微量Er能显著提高Al-Mg-Mn合金强度,改善合金强度和塑性的配合,能明显提高合金的抗再结晶能力和室温力学性能;Al-Mg-Mn-Er合金板材经300℃退火1h后可获得理想的综合力学性能,其σb、σs与ψ分别为421MPa,310MPa和18.3%。