粉煤灰泡沫陶瓷铝基复合材料凝固组织的研究

以粉煤灰泡沫陶瓷为增强体,基体材料为Al-Si共晶铝硅合金和Al-23Si过共晶铝硅合金,采用压铸工艺制备了泡沫陶瓷铝基复合材料.通过光学金相分析,研究了不同浇注温度下,复合材料的界面结合以及泡沫陶瓷骨架对材料凝固组织的影响.结果表明:随着浇注温度的升高,铝合金的充型能力提高,但晶粒尺寸也会增加;共晶铝硅合金与过共晶铝硅合金均能制备出界面结合良好的复合材料:泡沫陶瓷骨架对两种基体合金凝固时均有形核基底的作用.     

复合强化Al_3Ti·AlN/ZL101原位复合材料研究

用 OM及 TEM对 Al3Ti· Al N/ZL 10 1及 Al3Ti/ZL 10 1原位复合材料的微观结构进行了研究 ,并测试了试验材料的力学性能。通过综合分析微观结构对力学性能的影响 ,探讨了原位复合材料的增强机制。研究结果表明 :原位复合材料中由于 0 .5μm左右增强相的存在 ,使基体及共晶硅的晶粒明显细化 ;增强相均匀弥散地分布于α- Al晶粒内部 ,对α- Al有强烈的细化作用 ;复合增强体强化的原位复合材料 Al3Ti· Al N/ZL 10 1比单一增强体强化的原位复合材料Al3Ti/ZL 10 1及基体材料 ZL 10 1有更好的力学性能。细晶强化和弥散强化是本文所述的原位复合材料的主要强化机制     

骨架结构对SiC/Al双连续相复合材料的影响

用挤压铸造法制备了不同结构的SiC泡沫增强ZL109双连续相复合材料,研究了增强体骨架结构(筋的结构、泡沫孔和体积分数)对复合材料压缩性能和弯曲性能的影响。结果表明:SiC泡沫增强体的筋的结构影响了界面的结合,影响了材料的压缩性能;当筋具有三明治结构时,复合材料的强度最大;当筋具有双层结构时,复合材料的强度最低;随着SiC泡沫孔径的增大,复合材料的压缩强度、弹性模量和屈服强度都有所提高,材料的屈服应变减小,弯曲强度先升高后降低,弯曲强度在泡沫孔径为1.5 mm时达到最大值;复合材料的压缩强度随着增强体体积分数的增大而提高,屈服应变随着体积分数的增大而减小。     

反重力铸造对高强度铝合金凝固组织影响的研究

采用反重力铸造方法生产高强度铝合金铸件已成为航空、航天领域内获得优质构件的重要途径。研究了反重力铸造对高强度铝合金ZL114A和ZL205A铸件凝固组织的影响。结果表明,合金的凝固组织存在着不同的位置效应,对于ZL114A合金铸件,冷端晶粒尺寸最小,靠近浇口处晶粒尺寸粗大。对于ZL205A合金铸件,随距浇口处距离的减少,枝晶间分布的网格状θ（Al2Cu）相逐渐由粗变细,α（Al）枝晶内分布的黑色点状T（Al12CuMn2）相逐渐减少。分析表明,在反重力铸造补缩压力相同的情况下,合金的凝固温度范围不同是造成凝固组织不同位置效应的主要原因。     

(TiB2+Al3Ti)/ZL101原位复合材料的强化机理

采用透射电镜对（TiB2＋Al3Ti）／ZL101原位复合材料中增强相组织、结构和分布进行了研究，测试了（TiB2＋Al3Ti）／ZL101原位复合材料的力学性能。结果表明，原位复合材料经热处理后，其抗拉强度、硬度及伸长率都比ZL101基体材料高，分别提高了23．3％、23．5％、14．6％；增强相TiB2和Al3Ti颗粒均匀分布于α-Al基体中．对基体具有显著的晶粒细化效果；（TiB2＋Al3Ti）／ZL101原位复合材料主要强化机制为细晶强化、固溶强化、弥散强化和位错强化。     

TiB2+SiC混杂颗粒增强的ZL109复合材料

在原位合成工艺制备TiB2颗粒增强ZL109复合材料基础上，通过加入SiC颗粒增强铝基复合材料，制备了TiB2＋SiC混杂颗粒增强ZLl09复合材料。结果表明：TiB2颗粒在铝合金熔体中具有良好的悬浮稳定性，而且在TiB2＋SiC混杂颗粒增强铝基复合材料中，由于TiB2颗粒的存在，有效抑制了SiC颗粒的沉降行为，熔体经45min静置仍可获得颗粒分布均匀的复合材料，这使得制备高模量复杂形状零件的直接铸造成型成为可能；在TiB，＋SiC混杂颗粒增强铝基复合材料中，颗粒的混杂作用对复合材料弹性模量的提高具有协同作用，能够大幅度提高复合材料的弹性模量，其弹性模量较计算值提高14．7％；对于（10％TiB2＋10％SiC）／ZL109混杂增强铝基复合材料，经T6热处理后，材料抗拉强度可达到275MPa，弹性模量提高到105．8GPa。     

蛇形通道浇注制备半固态浆料组织的演化

采用蛇形通道浇注制备7075铝合金半固态浆料,研究了不同浇注温度下浆料组织中初生α-Al的形貌演变,通过残留在蛇形通道内部的凝固壳分析了蛇形通道内部合金熔体的形核动力学条件,自由晶的形成、长大与球化机理。结果表明:自由晶的数目决定了初生α-Al的形态,随着浇注温度降低,过冷度的增大,浆料组织中的初生α-Al的形貌由蔷薇状向近球状转变,晶粒尺寸逐渐变小,晶粒数目增多;蛇形通道内过冷的合金熔体经过弯道的作用,熔体内部的对流、剪切和"搅拌"使初生激冷α-Al晶核经过游离、增殖、长大和熟化,最后演变成近球状和蔷薇状的α-Al晶粒;球状初生α-Al晶粒的演变机制主要为枝晶抑制生长机制,也包括枝晶臂根部熔断机制。     

机械振动对ZL201铝合金凝固组织的影响

采用自制的机械振动装置,研究振动频率和浇注温度对ZL201铝合金凝固组织的影响。结果表明:采用机械振动工艺可以使ZL201铝合金获得细小的等轴晶凝固组织。随着浇注温度的逐渐降低,ZL201铝合金凝固组织逐渐得到细化,晶粒尺寸越来越小,而且非常均匀。振动频率的增加有利于ZL201铝合金等轴晶组织的细化。当振动频率为20Hz时,达到共振,振幅最大,晶粒尺寸最细小均匀。     

半固态ZL201A铝合金浆料的制备

利用低过热度浇注和弱电磁搅拌方法制备了半固态ZL201A铝合金浆料,浇注温度分别为678、663、648℃,利用光学显微镜观察了不同条件下的浆料组织。试验结果表明,随着浇注温度的降低,半固态ZL201A铝合金浆料内部组织中的初生α-Al由蔷薇状向球状转变,晶粒尺寸逐渐变小,分布更均匀。同时,浆料边缘和底部组织中的初生α-Al的形貌由粗大的枝晶向蔷薇状转变。对于半固态ZL201A铝合金浆料的制备,较佳的浇注温度为663℃。电磁搅拌均匀了ZL201A铝合金液的温度场,加大了同时凝固的区域,细化了初生α-Al晶粒;同时结晶潜热的集中释放有助于蔷薇状初生α-Al的根部熔断,加速了球状初生α-Al的形成。     

Al3Ti/ZL101原位复合材料中增强相Al3Ti结构及强化机理

采用透射电镜对Al3Ti/ZL101原位复合材料中亚微米增强相Al3Ti的形貌，结构和分布进行了研究，测试了Al3Ti/ZL101原位复合材料的力学性能。研究结果表明，Al3Ti/ZL101原位复合材料中增强相Al3Ti的尺寸为0．3－0．5μm，该增强相与α-Al基体具有共格对应关系，它均匀分布于α-Al基体中并可作为异质晶核细化基体晶粒。     

PIP法制备SiC_f/SiC复合材料导热性能影响因素研究

以国产连续SiC纤维和聚碳硅烷(PCS)为原料,采用先驱体转化法(PIP)制备了系列SiC_f/SiC陶瓷基复合材料(SiC_f/SiC-CMC).采用激光导热仪、扫描电镜(SEM)等分析手段初步研究了热处理温度、纤维铺排方式、碳涂层、纤维体积含量、孔隙率等因素对SiC_f/SiC-CMC结构和导热性能的影响.结果表明:热处理温度越高,SiC_f/SiC-CMC导热性能越好;纤维铺排方式对于导热性影响不大,而与热流传递的方向有关.增加纤维体积含量可以提高复合材料的导热性能,但碳涂层引入后SiC_f/SiC-CMC导热性能明显降低.应尽量提高SiC_f/SiC-CMC的致密化程度,以提高其导热性能.     

SiC_p表面化学镀铜工艺研究

Si Cp 因其高强度、高模量、耐热、耐磨、耐高温等性能而被作为颗粒增强体制备金属基复合材料。本文用正交法优化了 Si Cp 表面化学镀铜工艺 ,获得了 Cu包覆 Si Cp,测定了 Si Cp 的增重百分率及镀液的 p H值随时间的变化规律 ,并对镀覆层形貌进行了 SEM考察。结果表明 ,镀液的 p H值及 Ni2 浓度对镀速影响最为显著 ;粒子分散很好、镀层均匀     

SiCP增强泡沫铝基复合材料的制备工艺研究

将SiC颗粒增强铝基复合材料的制备技术与泡沫铝熔体发泡技术相结合,探索了制备SiC颗粒增强泡沫铝基复合材料的工艺方法。讨论了SiC颗粒与铝基体之间存在的润湿性,界面反应以及SiC颗粒在熔体中沉降等问题,通过选择合适的合金成分,对SiC颗粒进行预处理,采用特定的搅拌和发泡等一系列工艺方案成功地予以解决。在熔体发泡过程中,通过严格控制发泡温度、搅拌速度和搅拌时间等工艺参数,制得了孔隙率基本可调,SiC颗粒和孔洞分布均匀的泡沫铝样品。     

SiC泡沫陶瓷增强ZL205A铝合金复合材料的制备与性能研究

本实验通过挤压浸渗工艺成功制备了SiC泡沫陶瓷增强ZL205A铝合金复合材料,并研究了不同孔隙率的泡沫陶瓷增强相对复合材料性能的影响。通过微观结构分析,制备的复合材料两相间结合紧密,没有裂纹及其他缺陷产生。多孔陶瓷作为增强相可以有效地细化ZL205A合金的晶粒,多孔陶瓷孔隙率的降低,孔结构越小,合金晶粒越细小。对制备的复合材料进行力学性能测试,复合材料的硬度和抗弯强度最高能够达到127.6HV和415MPa。对制备的复合材料进行摩擦磨损测试,结果表明,连续陶瓷相的存在将铝基体严重的粘着磨损和剥落磨损转变为较轻的磨粒磨损,极大提升了复合材料的摩擦磨损性能,为其用于耐磨领域提供了理论依据。     

三维C／SiC复合材料在线液相渗透连接

为得到C／SiC复合材料的强连接，利用三维编织碳纤维增韧碳化硅(C／SiC)复合材料在制备过程中残留的孔隙，采用Ni合金作为中间层在1300℃保温45min、真空条件下对三维C／SiC复合材料用液相渗透连接方法进行了在线连接，所施压力为20MPa。利用扫描电镜(SEM)及能谱初步分析了连接情况，结果表明Ni合金与C／SiC复合材料有较好的润湿性，续沉积SiC后试样三点弯曲强度可达σ拉=252．1MPa，σ压=260．3MPa。     

SiC陶瓷连接工艺及焊料反应产物研究

采用热压反应烧结技术，使用Ti-Ni混合金属粉末焊料对SiC陶瓷进行连接，探讨了焊接温度、保温时间、焊料厚度以及焊接压力等工艺参数对连接件抗弯强度的影响规律，并通过对连接界面及焊料反应产物进行SEM，EDS，XRD分析，进一步考察了焊接工艺对连接件的断裂类型，焊料反应产物及其结合强度的影响规律。结果表明，采用适当的连接工艺，Ti-Ni焊料与母材可通过适当且适度的界面反应获得牢固结合，此时界面反应产物为以TiC,NiTi为主含Ni3C,Ni16Ti6Si7的混合物，且具有较高强度的TiC以弥散相形式分布在以具有一定韧性的金属间化合物NiTi为主的基质中，对接头性能的改善起到关键作用。在本实验范围内，在连接温度1100摄氏度，保温时间20min，焊接压力12．7MPa，焊料厚度0．3mm条件下可获得最佳陶瓷接头，其相对抗弯强度为53％。     

碳化硅颗粒增强铝基复合材料的重熔和铸造工艺特征

介绍了SiC颗粒增强铸造铝基复合材料的铸锭重熔、除气和铸造过程的特征。由于颗粒的存在 ,这些工艺过程和普通铝合金有一定的差异。在铸锭重熔时 ,需要控制熔炼温度和对熔体施加搅拌 ,以防止颗粒反应和下沉。普通铝合金采用的熔盐和气体除气工艺不适合于复合熔体的除气精炼 ,而真空除气具有很好的效果。复合熔体具有高的粘度 ,流动性较差 ,在大气自由重力浇注时容易卷入气体而导致铸件气孔缺陷。为了防止铸件缺陷的形成 ,复合材料在大气自由重力浇注下的浇注系统需要设计集气、集渣冒口和阻流口等特殊组元。真空差压浇注工艺大大简化了浇注系统 ,降低了材料消耗 ,同时消除了大气自由重力浇注时容易产生的铸造缺陷。通过该工艺可获得形状复杂、表面光洁、尺寸精确的铝基复合材料精密铸件     

Bc路径等径角挤压7090／SICp的显微组织及性能

采用Bc路径对超高强铝合金基复合材料7090/SICp进行等径角挤压加工.采用金相显微镜、力学性能测试及扫描电镜,分析该复合材料的显微组织和力学性能.结果表明:经过4个道次的等径角挤压加工,该复合材料的晶粒逐渐被细化,第三道次后晶粒尺寸达到1um以下;继续进行等径角挤压时,晶粒未发生明显变化.室温拉伸结果显示:晶粒的抗拉强度逐渐增大,在第三道次下道次间抗拉强度的增加幅度最大,达到14.3%,此时其抗拉强度及伸长率分别为338.57 MPa及15%;SiC颗粒在大的剪切力作用下被破碎细化,在基体中的分布也更加均匀.     

复杂形状SiCp/Al复合材料零件的制备与性能

采用粉末注射成形制备SiC预成形坯和铝合金无压熔渗相结合的技术,成功制备出高体积分数且形状复杂的SiCp/Al复合材料零件.研究了烧结工艺对SiC预成形坯开孔率和强度的影响规律,并对所制备的复合材料的热物理性能进行了评价.结果表明:经1 100℃真空烧结8 h的SiC预成形坯开孔率可以达到99.6%,抗压强度为0.57 MPa所制备的57%SiCp/Al复合材料相对密度为98.7%,热膨胀系数为7.5×10-6℃-1,与GaAs、BeO的接近,热导率为1.65×105W/K,与传统Cu(15%)/W相当,是柯伐合金的10倍,在密度上接近Al,不到Cu/W的1/5.由综合比较可以看出,采用注射成形与无压熔渗相结合的制备工艺,可以低成本制备综合性能优异的高体积分数SiCp/Al复合材料.