亚微米SiCP 增强Al 基复合材料摩擦磨损性能

采用冷压烧结和热挤压方法制备出1. 5～5 vol % SiC_P (130 nm) / Al (149～75μm) 复合材料, 并对其抗压、硬度和滑动磨擦特性进行了研究, 旨在研究引入弥散的亚微米级SiC_P 对SiC_P / Al 复合材料磨擦性能的影响。结果表明: 随着SiC_P (130 nm) 含量的增加, 其显微硬度值也增加, 在SiC_P (130 nm) 含量为1. 5 vol %和5 vol %时,SiC_P (130 nm) Al 复合材料显微硬度分别为28. 4 和33. 3 ; 复合材料的抗压强度分别是170 MPa 和186 MPa ; 在较高载荷下, 随SiC_P 含量增加, 复合材料的耐磨性能提高, 1. 5 vol % 和5 vol % SiC_P / Al 基复合材料具有优异的滑动磨损抗力, SiC_P / Al 基复合材料耐磨性优于挤压态QSn6. 520. 4 和纯Al ; 磨损表面形成Al 基体弥散分布着SiC_P和孔隙的理想耐磨组织。      

玻璃微珠/环氧树脂胶结型复合材料的刚架-弹簧-阻尼模型

针对玻璃微珠/环氧树脂构成的胶结型颗粒复合材料提出了刚架-弹簧-阻尼模型。考虑到环氧树脂基体的阻尼特性,通过动态热机械分析,得到常温低频下环氧树脂的损耗因子,并应用于刚架-弹簧-阻尼模型。采用有限单元分析方法进行数值仿真分析,得到了玻璃微珠/环氧树脂胶结型复合材料损耗因子随玻璃微珠粒径增大的变化规律。结果表明:随着玻璃微珠粒径的增大,颗粒复合材料的刚架-弹簧-阻尼模型单元计算的损耗因子会逐渐增大,且切向损耗因子要比轴向的大;对整体材料而言,刚架-弹簧-阻尼有限元模型计算的损耗因子也会逐渐增大,其中,按照平面正四边形网格模型计算得到的损耗因子要大于平面正六边形网格模型,即颗粒复合材料的孔隙率越大,材料的损耗因子越大。仿真分析结果与实际材料的阻尼变化规律相符,这种模型是可靠的。      

喷射共沉积2024Al/SiCP 的显微组织及阻尼性能

本文报道了喷射共沉积2024Al/SiC_P 复合材料的阻尼性能并对显微组织对其影响进行了分析。它比喷射沉积2024合金的阻尼性能提高约142% , 比常规铸造2024合金的阻尼性能提高约184%。      

碳纳米管增强铝基复合泡沫的阻尼性能

通过填加造孔剂方法制备了碳纳米管（CNTs）增强铝基复合泡沫,采用热机械分析仪研究了测试温度、频率、外加振幅、泡沫的孔隙率和CNTs含量对其阻尼性能的影响,并分析了相关阻尼机制。结果表明:复合泡沫铝的阻尼性能随孔隙率和振幅的增大而提高,随着频率的增加而下降。在环境测试温度25~200℃范围内,复合泡沫的损耗因子变化较小;当温度高于200℃后,损耗因子随温度升高有明显的提高。CNTs的加入可以显著提高泡沫铝的阻尼性能,常温下3.0% CNTs增强的铝基复合泡沫的损耗因子达0.27,为泡沫铝的3.71倍。复合泡沫的阻尼机制主要为位错阻尼、晶界阻尼、孔隙阻尼、CNTs的本征阻尼和CNTs-Al间界面阻尼,其中本征和界面阻尼发挥了重要的增强作用。      

(SiCP/Cu)-铜箔叠层复合材料的制备与组织性能

采用浸涂法和热压烧结法制备了（SiC_P/Cu）-铜箔叠层复合材料,研究了SiC_P含量对材料组织结构、拉伸性能和断裂韧性的影响。结果表明,制备的（SiC_P/Cu）-铜箔叠层复合材料层间厚度均匀,界面结合力良好,增强颗粒SiC能够弥散分布于黏结相中和界面处。随着SiC_P体积分数的增加,（SiC_P/Cu）-铜箔叠层复合材料的抗拉强度和屈服强度都先增加后降低,当SiC_P的体积分数为20vol%（总体积为100）时,其抗拉强度和屈服强度达到最大值,分别为226.5 MPa和113.1 MPa,断裂方式主要为韧性断裂和部分脆性解理断裂。裂纹扩展方向平行于层界面时,材料的断裂韧性随SiC_P体积分数的增加略有减小,SiC_P体积分数为15%时达到最大值16.96 MPa·m^1/2;裂纹扩展方向垂直于层界面时,（SiC_P/Cu）-铜箔叠层复合材料的断裂韧性随SiC_P体积分数的增加逐渐减小,SiC_P体积分数为15%时达到最大值12.51 MPa·m^1/2。     

SiCP/AZ91复合材料的显微组织、力学性能及强化机制

通过搅拌铸造工艺制备出SiC_P体积分数分别为2%、5%、10%和15%的4种5 μm SiC_P/镁合金（AZ91）复合材料。对5 μm SiC_P/AZ91进行了固溶、锻造和热挤压。通过与AZ91对比,研究了SiC_P对AZ91基体热变形后显微组织和力学性能的影响规律。结果表明：SiC_P/AZ91热变形后的晶粒尺寸取决于SiC_P的体积分数。SiC_P的体积分数由0%增加到10%时,SiC_P/AZ91热变形后的平均晶粒尺寸减小;当SiC_P颗粒继续增加到体积分数为15%时,平均晶粒尺寸反而增大。SiC_P的加入能显著提高AZ91的屈服强度和弹性模量,并随颗粒体积分数的增加而增大。SiC_P对AZ91基体的强化作用主要源于位错强化、细晶强化和载荷传递作用,其中,细晶强化对屈服强度的贡献最大。     

多道次搅拌摩擦加工对SiCP/2A14铝合金复合材料显微组织和力学性能的影响

采用搅拌摩擦加工(FSP)技术对SiC颗粒增强2A14铝合金(SiC_P/2A14)复合材料进行处理,通过金相表征、电子背散射衍射(EBSD)、SEM、硬度测试及力学拉伸实验等分析了多道次搅拌摩擦加工对SiC_P/2A14复合材料微观组织、力学性能及超塑性变形行为的影响。研究表明:经搅拌摩擦加工后,SiC_P/2A14复合材料搅拌区内SiC颗粒分布明显均匀,晶粒细化,其中2道次搅拌摩擦加工的SiC_P/2A14复合材料的晶粒尺寸最小,为3.14 μm。随着搅拌加工道次的增加,SiC_P/2A14复合材料的硬度降低,室温抗拉强度和高温延伸率均先提高后降低,其中2道次搅拌摩擦加工的SiC_P/2A14复合材料的室温抗拉强度为319 MPa,相较于未经FSP处理的SiC_P/2A14复合材料提高了41%,在500℃、应变速率为1.0×10?3 s?1条件下高温延伸率为609%,相较于未经FSP处理的SiC_P/2A14复合材料提高了133%。      

湿热环境下玻/碳纤维混杂复合材料梁阻尼特性的细观力学分析

基于复合材料细观力学,利用能量耗散原理及宏观应变能法建立了湿热环境下玻/碳纤维混杂复合材料层合梁的阻尼预测模型。利用MATLAB软件编写了湿热环境下玻/碳纤维混杂复合材料损耗因子的计算程序,研究了纤维铺设角度、体积分数、铺层顺序以及湿热效应对玻/碳纤维混杂复合材料层合梁阻尼性能的影响规律。结果表明：湿热环境导致材料产生湿热应变是影响阻尼特性的主要机理;玻/碳纤维混杂复合材料层合梁的损耗因子均随温度及吸水浓度的增大而增大,且温度的影响远大于吸水浓度的影响;纤维体积分数越高,受湿热影响程度越大;铺层角度对损耗因子影响远高于湿热、混杂方式、纤维体积分数的影响。     

304不锈钢纤维/ZL104铝合金复合泡沫的孔结构、力学、吸声性能及其机理

用渗流铸造法制备ZL104合金泡沫和304不锈钢纤维/ZL104合金复合泡沫，对比研究了两种泡沫的孔结构、力学和吸声性能及其机理。结果表明，调控盐(次盐)的作用使合金泡沫和复合泡沫的孔壁上出现次孔结构而生成多孔孔壁结构；纤维复合后的泡沫以孔壁纤维、穿孔纤维和孔间纤维三种状态存在，与相同孔隙率的合金泡沫相比，复合泡沫的孔隙率为77%～86%、主孔径为0.35 mm、纤维直径为0.1 mm，具有更高的压缩性能和吸声性能。复合泡沫的压缩性能和吸声性能，都随着孔隙率和纤维含量的提高先提高后降低。孔隙率为82%的复合泡沫，纤维含量(体积分数)为5%时力学性能达到2.6 MPa，纤维含量为8%时其平均吸声系数(吸声性能)为0.893。有限元分析结果表明，复合泡沫受力时，孔壁纤维和穿孔纤维能传递和分散应力，并通过位移和偏转等方式消耗能量，使其强度提高；J-A模型分析结果表明，突出到孔隙中的纤维使复合泡沫的表面粗糙度和比表面积和声波在泡沫内的损耗增大，是其吸声性能较高的原因。     

SiC颗粒增强铝基复合材料的纯铜中间层液相扩散焊

采用Cu箔中间层在Ar气氛保护、550℃条件下过渡液相扩散焊(TLP)焊接SiC颗粒(SiC_P)增强Al基复合材料SiC_P/ZL101和SiC_P/Al (SiC_P 10vol%),对母材与焊接接头的微观组织、剪切强度、焊接接头剪切断面与断裂路径等进行分析。结果表明:在铸Al(ZL101)与纯Al(Al)基体中,分别通过共晶温度较低的Al-Si-Cu(524℃)三元共晶反应与Al-Cu(548℃)二元共晶反应实现中间层金属/基体金属(M/M)界面润湿。其中铸Al基体焊接接头中虽有颗粒偏聚,但由于Al-Si-Cu三元共晶反应的Cu含量(26.7wt%)低于Al-Cu二元共晶反应的Cu含量(33wt%),SiC_P/ZL101焊接接头焊缝中CuAl₂相少于SiC_P/Al焊接接头焊缝中的CuAl₂相,且未出现CuAl₂相的聚集,故其强度较高。Cu中间层形成的金属间化合物CuAl₂相是影响焊接接头力学性能的重要因素,两种复合材料焊接接头的剪切强度分别为85.4 MPa和73 MPa。      

Manufacturing of Al/SiCp composite foams using calcium carbonate as foaming agent

Abstract

The aluminium composite foams reinforced by different volume fractions of SiC particles were manufactured with the direct foaming route of melt using different contents of CaCO₃ foaming agent. The density of produced foams changed from 0·43 to 0·76 g cm^?3. The microstructural features and compressive properties of the Al/SiC_p composite foams were investigated. Compressive stress–strain curve of Al/SiC_p composite foams is not smooth and exhibits some serrations. At the same relative density of composite foams, the plateau stress of the composite foams increases with increasing volume fraction of SiCp and decreasing weight percentage of CaCO₃. The relation between plateau stress, relative density, weight percentage of CaCO₃ and SiCp volume fraction of Al/SiCp composite foams with a given particle size was investigated.     

SiCp/Al复合材料的磨损特性分析

本文研究了SiC颗粒增强铝基(ZL102)复合材料的磨损特性。结果表明,SiC颗粒的加入可提高材料的耐磨性,复合材料与基体合金相比,磨损速率相当低,而且其抗粘着磨损能力更强,磨损性能与增强相数量、分布及界面结合有关。      

铝合金表面激光熔覆Cu基复合涂层的组织及磨擦磨损性能

利用铜基熔体的液相分离作用,采用激光熔覆工艺,在ZL104合金表面成功获得了球形颗粒体增强的过饱和（Cu,Ni)固溶体基复合材料涂层。（Cu,Ni)固溶体的组织形态为胞状和树枝状,球形增强体内亚组织形态为颗粒状、穗状或树叶状。干滑动磨擦磨损试验表明复合材料熔覆层对ZL104合金表面耐磨性的提高作用很大。磨损过程中,ZL104合金主要发生了粘附磨损,出现了脱层现象;熔覆层材料发生了粘附磨损和磨粒磨损。     

铝合金表面激光熔覆Cu基复合涂层的组织及摩擦磨损性能

利用铜基熔体的液相分离作用,采用激光熔覆工艺,在ZL104合金表面成功获得了球形颗粒体增强的过饱和（Cu, Ni）固溶体基复合材料涂层。（Cu,Ni）固溶体的组织形态为胞状和树枝状,球形增强体内亚组织形态为颗粒状、穗状或树叶状。干滑动摩擦磨损试验表明复合材料熔覆层对ZL104合金表面耐磨性的提高作用很大。磨损过程中,ZL104合金主要发生了粘附磨损,出现了脱层现象;熔覆层材料发生了粘附磨损和磨粒磨损。     

The melt structures above the liquidus in SiCp/Al composite

The properties and the structures of liquid melt above the liquidus play an important role in determining the resultant properties of the alloy and the composite. In this paper, the melt structures of SiCp/Al composites with two different reinforcement volume fractions were investigated using liquid metal X-ray diffraction and differential scanning calorimetry. The experimental results showed that the melt structures of SiCp/Al composite are different from that of liquid matrix alloy, a Si–Si hump in the pair radial distribution function in SiCp/Al composite melt and the DSC trace indicated that Si is not well distributed above the liquidus, the size change of short-range-order (SRO) in SiCp/Al composite melt indicated the diffusion of Si from chemical reaction between SiC and molten Al is possible only after a given temperature or after some extent concentration fluctuation of Si. The mechanisms for the observed phenomenon are also discussed in this paper.     

固相回收SiCp/ZK60镁基复合材料的高温压缩变形行为

在温度为360~450℃、应变率为0.001~1s-1的变形条件下,采用Gleeble-1500D热模拟机对固相回收SiC_p/ZK60镁基复合材料的高温压缩变形行为进行研究。结果表明:固相回收SiC_p/ZK60的流变应力随变形温度的升高而降低,随应变率的升高而升高,且随应变的增加,流动应力很快达到峰值,然后逐渐趋于稳定。固相回收SiCp/ZK60热压缩变形应力指数为3.348,变形激活能为64.97kJ/mol,其高温压缩流变应力模型为ε'=4.69×104[sinh(0.051σ)]3.348exp(-64790/(RT));本试验条件下,固相回收SiC_p/ZK60的流变应力模型可以用Zener-Hollomon参数的双曲线函数形式进行描述。     

高阻尼铝基复合材料的研究

采用包套挤压法制备了高阻尼6061Al/SiCp/ 石墨混杂金属基复合材料,并对所制备的复合材料的金相组织、力学和阻尼特性进行了初步分析。包套挤压法制备的6061Al/SiCp/石墨混杂金属基复合中增强增阻颗粒分布均匀,其体积分数可精确控制。SiC颗粒作为增强剂能够增大复合材料的强度和刚度,而石墨粉作为增阻剂可以提高复合材料的阻尼特性。试验结果表明,能够应用包套挤压法制备力学性能和阻尼特性符合定要求的新型结构－功能材料－6061Al/SiCp/石墨混杂金属基复合材料。     

空心球/铝基复合泡沫材料制备及性能研究

采用粉末冶金技术制备了不同孔隙率的空心球/铝基复合泡沫材料,对其进行T7热处理,并开展了不同孔隙率材料压缩性能及隔声性能的测试。结果表明,制备的泡沫材料中空心球均匀分布于基体内,且空心球与基体之间形成明显的过渡层;空心球/铝合金基复合泡沫材料的压缩应力-应变曲线呈现线弹性、应力平台、致密化3个阶段。随着孔隙率的增加,空心球/铝合金基复合泡沫材料的压缩峰值应力、平台应力及能量吸收能力均呈先上升后下降的变化趋势;随着孔隙率的增加,复合泡沫材料隔声性能逐渐下降。     

SiC颗粒尺寸及含量对SiCp／2024Al复合材料性能的影响

本文对粉末冶金法制备的SiCp/2024Al复合材料的性能进行了研究。随SiC颗粒尺寸的增大,复合材料的强度降低,而塑性和磨损抗力则增加。SiC颗粒尺寸对复合材料的物理性能没有什么影响。增加SiC颗粒含量,复合材料的强度、模量均增大,磨损抗力亦明显增加,而塑性和热膨胀系数则降低。