CF/Al复合材料横向拉伸渐进损伤与弹塑性力学行为

针对真空压力浸渗制备的单向碳纤维增强铝合金复合材料(CF/Al复合材料),采用细观力学数值模拟与实验结合的方法研究了其横向拉伸损伤演化和断裂力学行为,并分析了界面对复合材料横向拉伸力学性能的影响。结果表明,基于基体合金延性损伤和界面内聚力损伤本构所建立的细观单胞有限元模型,可以实现CF/Al复合材料横向拉伸弹塑性力学响应的计算和预测。复合材料横向拉伸时先后发生界面损伤、界面失效以及基体损伤累积与失效现象,界面损伤脱粘并诱发基体塑性损伤和失效是导致复合材料横向断裂的主要机理。增加界面强度有利于提高横向拉伸屈服强度和极限强度,界面刚度对极限强度影响不大,但增加界面刚度可有效提高复合材料横向拉伸弹性模量。     

6061/AZ31B/6061对称复合板的组织与力学性能研究

本文在理论分析与模拟计算的基础上,通过热轧制备了6061 Al/AZ31B Mg/6061Al对称复合板,并对其组织结构和力学性能进行了研究。首先通过经典复合板理论计算得到了复合板中6061Al的最佳包覆率,再通过有限元方法模拟得到了复合板的最佳压下率。依据理论分析和仿真计算得到的铝的最佳包覆率和复合板的最佳压下率,对6061 Al/AZ31B Mg/6061Al复合板进行组坯,并在不同轧制温度、不同压下率和不同退火时间下进行了轧制实验,最后对实验得到的复合板进行了微观组织、拉伸性能和能谱分析。结果表明,在复合板的复合界面处的镁层中发现了再结晶晶粒,且界面上形成了由Mg17Al12和Mg2Al3组成的金属间化合物;随着轧制压下率的增大,6061 Al/AZ31B Mg/6061Al复合板的拉伸强度、延伸率和界面扩散厚度显著增大;随着轧制温度的升高,复合板的拉伸强度、延伸率和界面扩散厚度也增大;而随着退火时间的增加,复合板的拉伸强度降低,但界面扩散厚度增加。     

熔铸—原位反应喷射成形705／TiC复合合材料的拉伸性能

利用熔铸-原位反应喷射沉积成形技术制备了TiC颗粒增强7075Al基复合材料,测试了复合材料的拉伸性能,结果表明：在预制块中选取Ti:C=1:1配比,复合材料中存在较多的条、块状Al3Ti相同,致使复合材料的拉伸强度和延伸率均比未增强合金低;选取Ti:C=1：1.3的 配比,有助于消除Al3Ti脆性相,提高复合材料的拉伸强度,进一步讨论了提高熔铸-原位反应喷射沉积成形7075/TiC Al基复合材料拉伸强度的途径。     

SiC_f/Ti/Ti_2AlNb叠层复合材料制备及组织性能

针对目前航空航天材料结构轻量化的要求,以连续SiC纤维、Ti箔和Ti_2AlNb箔为原材料,基于真空热压技术,采用Foil-Fiber-Foil法,通过优化制备工艺,获得SiC_f/Ti/Ti_2AlNb叠层复合材料。利用扫描电镜和能谱分析仪对制备的复合材料界面微观组织进行分析,通过密度测试和拉伸试验计算材料的比强度和比刚度。结果表明,在920℃、40 MPa下保温保压1 h,可获得理想的SiC_f/Ti/Ti_2AlNb叠层复合材料,SiC纤维排布均匀,Ti/Ti_2AlNb界面平直。其中,SiC/Ti界面为0. 8μm的TiC,而Ti/Ti2AlNb界面为α+β双相组织和富B2相,均形成良好的冶金结合,有利于载荷传递,保证材料性能。与Ti/Ti_2AlNb相比,制备的SiC_f/Ti/Ti_2AlNb叠层复合材料的比强度和比刚度分别提高了约16%和28%,实现了材料结构的轻量化。     

6061 Al/AZ31B Mg/6061 Al对称复合板的组织与力学性能（英文）

在理论分析与模拟计算的基础上,通过热轧制备了6061 Al/AZ31B Mg/6061 Al对称复合板,并对其组织结构和力学性能进行了研究。首先通过经典复合板理论计算得到了复合板中6061 Al的最佳包覆率,再通过有限元方法模拟得到了复合板的最佳压下率。依据理论分析和仿真计算得到了铝的最佳包覆率和复合板的最佳压下率,对6061 Al/AZ31B Mg/6061 Al复合板进行组坯,并在不同轧制温度、不同压下率和不同退火时间下进行了轧制实验,最后对实验得到的复合板进行了拉伸性能测试、微观组织和能谱分析。结果表明,在复合板的复合界面处的镁层中发现了再结晶晶粒,且界面上形成了由Mg_(17)Al_(12)和Mg_2Al_3组成的金属间化合物;随着轧制压下率的增大,6061 Al/AZ31B Mg/6061Al复合板的抗拉伸强度、延伸率和界面扩散厚度显著增大;随着轧制温度的升高,复合板的抗拉伸强度、延伸率和界面扩散厚度也增大;而随着退火时间的增加,复合板的抗拉伸强度降低,但界面扩散厚度增加。     

1060Al/AZ31Mg层状复合材料制备及界面显微结构

采用铸造+轧制制备了1060Al/AZ31Mg层状复合材料,研究了铸造1060Al/AZ31Mg层状复合材料界面结构及性能,并研究了轧制对复合材料组织的影响。结果表明,铸造1060Al/AZ31Mg层状复合材料界面生成了金属间化合物,从1060Al侧向AZ31Mg侧依次为Al Mg化合物层、Mg17Al12化合物层、Mg+Mg17Al12共晶层。界面金属间化合物层显微硬度明显高于两侧母材,靠近1060铝合金侧化合物层达到最大值250 HV左右。1060Al/AZ31Mg层状复合材料轧制后界面金属间化合物破碎,累计压下量80%时,金属间化合物基本消失。     

镁合金表面处理对镁合金-玻璃纤维/环氧树脂叠层板界面性能的影响

研究了AZ31B镁合金经高锰酸盐-磷酸盐改性处理后的表面形貌、润湿性及镁合金-玻璃纤维/环氧树脂叠层板的界面粘接性能和力学性能。结果表明,AZ31B镁合金表面经高锰酸盐-磷酸盐改性处理5min后形成的转化膜为致密的网状单层膜,此时镁合金的面自由能达到最大值,值为92.04 m J/m2,比仅打磨处理的镁合金提高了64.6%左右,镁合金的表面润湿性得到极大的改善。与仅打磨处理的镁合金制备的镁合金-玻璃纤维/环氧树脂叠层板相比,镁合金经高锰酸盐-磷酸盐改性处理后制备的叠层板的结合界面更为致密、均匀。仅打磨处理的叠层板和高锰酸盐-磷酸盐改性处理的叠层板的抗拉强度分别为284.2 MPa和298.3 MPa,分别比AZ31B镁合金板提高了23%和29.1%。     

纤维及颗粒增强Al/Ti叠层复合材料制备方法和性能研究

Al/Ti叠层复合材料具有低密度、高比强度、高比刚度和高抗冲击性的优异性能,是一种理想的轻质高强材料,但是金属间化合物Al3Ti的脆性限制了其实际应用。通过复合纤维、陶瓷颗粒可以降低Al3Ti的脆性,提高Al/Ti叠层复合材料的强度和韧性,使其在航空航天、武器装甲等领域具有广阔的应用前景。本文简述了部分典型纤维、陶瓷颗粒增强Al/Ti叠层复合材料的制备方法,比较了不同材料和制备方法的优缺点。提出了碳化硼(B4C)增强Al/Ti叠层复合材料的可行方法,并采用真空热压法制备了0.2 mm厚的B4C薄片强化的Al/Ti叠层复合材料,该方法通过B4C薄片直接承载吸能和形成硬度梯度诱导裂纹偏转的方式强化基体,使其冲击韧性达到89 J/cm2,抗弯强度可达756 MPa,相较基体分别提高51%和38%。     

Microstructure and Tensile Behavior of Ni-Base Metal Intermetallic Laminate Composites Prepared by Plasma Activated Sintering

采用等离子活化烧结法,通过Ni箔和Al箔的原位燃烧反应制备了镍基金属/金属间化合物叠层复合材料。微观结构观察表明叠层由反应层和剩余镍层交替组成,且反应层由多个金属间化合物单层构成。这些金属间化合物相的成分呈梯度分布,且随试样处理温度的升高,逐步由富铝相向富镍相转变。相应地,叠层复合材料的抗拉伸强度随着温度升高而逐渐升高,在1473 K温度下制备的复合材料具有最高的抗拉伸强度和伸长率。拉伸试样的断口形貌显示,在较低处理温度(1073和1173 K)制备的叠层复合材料,其断裂是由于金属间化合物层内的横向裂纹与镍层内的剪切带交互作用所引起的。随着处理温度升高,试样的断裂由多重裂纹模式向单裂纹模式转变。     

等离子活化烧结法制备Ni基金属/金属间化合物叠层复合材料微观组织与拉伸行为（英文）

采用等离子活化烧结法,通过Ni箔和Al箔的原位燃烧反应制备了镍基金属/金属间化合物叠层复合材料。微观结构观察表明叠层由反应层和剩余镍层交替组成,且反应层由多个金属间化合物单层构成。这些金属间化合物相的成分呈梯度分布,且随试样处理温度的升高,逐步由富铝相向富镍相转变。相应地,叠层复合材料的抗拉伸强度随着温度升高而逐渐升高,在1473 K温度下制备的复合材料具有最高的抗拉伸强度和伸长率。拉伸试样的断口形貌显示,在较低处理温度(1073和1173 K)制备的叠层复合材料,其断裂是由于金属间化合物层内的横向裂纹与镍层内的剪切带交互作用所引起的。随着处理温度升高,试样的断裂由多重裂纹模式向单裂纹模式转变。