多壁碳纳米管增强铝基复合材料的高温力学性能EI北大核心CSCD

采用搅拌摩擦加工技术制备不同含量多壁碳纳米管增强铝基复合材料,并对复合材料高温力学性能进行研究。结果表明:多壁碳纳米管的添加使得铝基体材料微观组织更加细小,并形成了少量纳米晶;铝基体中有较高密度位错,并在局部呈位错缠结状分布。与未添加多壁碳纳米管的铝基体相比,复合材料的高温拉伸强度明显增强,且随着碳纳米管含量的增加,复合材料强度逐渐提高,而高温塑性不断降低,350℃时,6.6%(体积分数)MWCNTs/Al复合材料的抗拉强度达到78MPa,为未添加多壁碳纳米管铝基材强度的3.9倍;断口分析表明,随着测试温度的提高,韧窝逐渐变小,呈脆性断裂特征。     

热轧对搅拌摩擦加工制备CNTs/Al复合材料微结构与性能的影响

在搅拌摩擦加工制备碳纳米管增强铝基复合材料(CNTs/Al)的基础上,研究了热轧对复合材料微结构与性能的影响。结果表明,热轧使基体晶粒沿轧制方向拉长,同时有利于CNTs的取向并在一些CNTs-Al界面形成Al4C3相;基于CNTs取向等微结构的变化以及界面反应引起界面结合力增强的因素,沿轧制方向复合材料的抗拉强度、导电性明显提高,热膨胀率降低。     

碳纳米管含量对铝基复合材料力学性能的影响

采用搅拌摩擦加工技术制备了多壁碳纳米管增强铝基(MWCNTs/Al)复合材料,研究了碳纳米管含量对复合材料力学性能的影响规律。结果表明,MWCNTs的添加对铝基复合材料的力学性能影响显著,随着MWCNTs含量的增加,MWCNTs/Al复合材料的硬度、弹性模量、强度都逐渐提高;当碳纳米管含量为6.6%(体积分数)时,复合材料强度达218 MPa,为基体材料的2.24倍;随MWCNTs含量的增加,MWCNTs/Al复合材料的塑性逐渐变差,拉伸延伸率逐渐降低,断口韧窝逐渐变小、变浅。     

A356Al/TiB2颗粒增强铝基复合材料的搅拌摩擦焊

采用纯机械化的固相连接技术--搅拌摩擦焊成功地焊接了应用原位反应合成法制造的铸态A356Al/6.5%TiB2(体积分数)颗粒增强铝基复合材料,与铝合金相比,铝基复合材料搅拌摩擦焊的焊缝质量对焊接参数更为敏感.该连接方法在较低温度下实现铝基复合材料的焊接,避免了基体铝合金与增强相之间的化学反应,同时在搅拌头机械搅拌、挤压和摩擦热的共同作用下,焊缝区基体材料的晶粒和增强相被破碎并形成再结晶晶核,细化了组织结构,增强相分布也更加弥散.焊缝区的硬度值波动范围很小,抗拉强度比母材增加约20%.研究表明,搅拌摩擦焊用于连接颗粒增强铝基复合材料具有明显的优势.     

CNTs含量对CNTs/Al微观组织及力学性能的影响

为增加碳纳米管(CNTs)在铝基体中的分散性,利用机械球磨-真空热压烧结工艺制备碳纳米管/铝(CNTs/Al)复合材料,采用扫描电子显微镜(SEM)、电子万能试验机和万能摩擦磨损实验机,研究了CNTs质量分数对CNTs/Al复合材料微观组织、力学性能及摩擦磨损性能的影响.结果表明:CNTs经超声波预先分散后分散性增加;当CNTs质量分数为2.0%时,复合材料中CNTs与Al粉之间表现出较好的相容性;随着CNTs含量进一步增加,CNTs团聚现象严重;热压烧结温度600℃时,随着CNTs添加量的增加,铝基复合材料的屈服强度和抗拉强度呈现出明显的先增大后降低的趋势,同时,CNTs/Al复合材料的摩擦因数和磨损率随CNTs含量的增大先减小后增加;CNTs质量分数为2.0%时,复合材料的屈服强度最大值为116 MPa,抗拉强度最大值为245 MPa,与纯Al基体相比,分别提高了78%和1.9倍.2.0%CNTs/Al复合材料可获得较好的摩擦磨损性能,其摩擦系数和磨损率呈现平缓趋势,复合材料的磨痕最浅.     

搅拌摩擦加工制备MWCNTs／Al复合材料显微结构及硬度

采用搅拌摩擦加工技术（FSP）制备多壁碳纳米管增强铝基（MWCNTs／A1）复合材料,并对该复合材料的显微结构和硬度进行分析。结果表明：MWCNTs／Al复合材料显微结构为细小的等轴晶,晶粒大小不均匀;MWCNTs与Al基体界面结合良好,界面处分布大量的位错,MWCNTs主要分布在晶内;动态再结晶形核方式为亚晶形核,在...     

非晶增强铝基复合材料的微观结构及腐蚀性能

利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及电化学腐蚀等测试手段对搅拌摩擦加工制备获得的新型非晶增强铝基复合材料的微观组织结构及腐蚀性能进行实验研究.实验结果表明,新型非晶增强铝基复合材料呈现典型的层状结构,且组织呈现一定的纳米级的超细晶结构,主要由α-Al及α Al非晶结构组成的并伴有Al-Cu-Mg系析出相存在,与母材相比抗拉强度得到了较大的提高,而添加非晶形成的复合材料的电化学腐蚀性能相比未添加非晶基体材料加工后的腐蚀性能有所提高,但两种加工条件下材料的抗腐蚀性能均低于母材.     

双辊快速凝固制备颗粒增强铝基复合材料的新途径

为了制备基体晶粒细小、增强颗粒分布均匀且与基体结合良好、界面上无明显反应产物的颗粒增强铝基复合材料，在铝及铝合金双辊快速凝固技术研究的基础上，提出了同步喷射增强颗粒和结合熔体接触反应法的两种双辊快速凝固制备方法，介绍了这两种方法制备颗粒增强铝基复合材料的思路，阐述了制备的复合材料的潜在特点。     

搅拌摩擦加工制备颗粒增强铝基复合材料的研究现状及展望

铝合金作为现代工程和高新技术领域发展的关键材料之一,具有密度小、比强度和比刚度高、耐蚀性好等特点。通过在铝基体中添加增强相颗粒,制备得到的颗粒增强铝基复合材料既有铝合金良好的强度、韧性、易成形性等特点,又有颗粒的高强、高模等优点,是近年来应用最广的一类金属基复合材料。 目前,制备铝基复合材料的方法主要有粉末冶金法、铸造以及超声波法等,但这些方法在制备过程中需要较高的温度,颗粒与金属基体容易发生不良的界面反应,从而影响界面结合效果,降低复合材料的性能。搅拌摩擦加工(FSP)作为一种新型的固相加工技术,可同时实现材料微观组织的细化、致密化和均匀化。目前,FSP直接法已在铝基复合材料制备方面取得应用,主要是将增强相颗粒通过打盲孔或开槽的方式预置在金属基体内再进行FSP,进而制备出高致密度的颗粒增强铝基复合材料。因为FSP过程的温度低,颗粒与铝基体不会发生界面反应,所以该方法也被用于制备具有形状记忆效应(SME)的铝基功能复合材料。 近年研究结果表明,颗粒相对FSP制备的铝基复合材料晶粒细化起到显著作用,这有助于提高复合材料的拉伸强度、显微硬度及疲劳强度等力学性能。随着颗粒含量的增加和颗粒尺寸的减小,复合材料的力学性能得以增强。再者,减小颗粒尺寸有利于改善颗粒与基体之间的结合。另外,通过优化搅拌头的结构、形状和尺寸,以及FSP工艺参数,已经可以实现加工后颗粒相在基体中的均匀分布。 鉴于搅拌摩擦加工(FSP)直接法在制备颗粒增强铝基复合材料方面所具备的短流程、高效能以及基体与增强相颗粒界面无杂质等优势,本文对目前FSP直接法制备颗粒增强铝基复合材料的最新研究现状进行了总结。主要综述了FSP制备颗粒增强铝基复合材料过程中颗粒的含量、类型及尺寸对复合材料组织与力学性能的影响,并对颗粒分布均匀性以及颗粒与铝基体的界面问题做了阐述。文章最后深入分析了当前研究中的不足之处并展望了未来的研究方向。     

碳纳米管增强2024铝基复合材料的力学性能及断裂特性

为了研究碳纳米管对铝基复合材料性能的影响,采用冷等静压、热挤压方法制备了质量分数1.0%的多壁碳纳米管增强2024Al基复合材料.采用扫描电镜、透射电镜和拉伸试验对复合材料的显微组织进行了观察和分析,并对其力学性能进行了测试.结果表明,碳纳米管均匀地分布在复合材料中,碳纳米管和铝基体的界面结合良好,没有发现界面产物Al4C3的形成;复合材料的断口上存在大量的撕裂棱,韧窝,并涉及碳纳米管的拔出或拔断与桥接,与2024Al基体材料相比,复合材料的硬度、弹性模量和抗拉强度显著提高,同时复合材料的延伸率却并不下降.碳纳米管的加入可以显著提高铝基复合材料的力学性能.     

Microstructure and mechanical property of multi-walled carbon nanotubes reinforced aluminum matrix composites fabricated by friction stir processing

Aluminum matrix composites reinforced by different contents of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) were fabricated by friction stir processing (FSP). The microstructure of nano-composites and the interface between aluminum matrix and MWCNTs were examined using optical microscopy (OM) and transmission electron microscopy (TEM). It was indicated that MWCNTs were well dispersed in the aluminum matrix throughout the FSP. Tensile tests and microhardness measurement showed that, with the increase of MWCNT content, the tensile strength and microhardness of MWCNTs/Al composites gradually increased, but on the contrary, the elongation decreased. The maximum ultimate tensile strength reached up to 190.2 MPa when 6 vol.% MWCNTs were added, and this value was two times more of that of aluminum matrix. Appearances and fracture surface micrographs of failed composite samples indicated that the composites become more and more brittle with the increase of the MWCNT content.     

Particle-reinforced aluminum matrix composites produced from powder mixtures via friction stir processing

Particle-reinforced aluminum matrix composites were produced from powder mixtures of aluminum and silicon by using multiple passages of friction stir processing (FSP). In the composites, the Si particles with an average size of ∼1.5 μm are uniformly dispersed in the aluminum matrix which has a fine-grained structure (∼2 μm). The strengthening mechanism of the composites is discussed. It indicates that the fine grain size of aluminum, the Orowan strengthening due to intragranular particles and the dislocations generated by thermal mismatch all contribute significantly to the composite yield strength.     

焊接速度对 7A52 铝合金 FSW 组织及力学性能的影响

目的在保证搅拌速度一定时,针对8 mm厚的7A52铝合金,在不同焊接速度下采用搅拌摩擦焊(FSW)进行焊接试验,研究其焊接接头的显微组织及力学性能。方法利用搅拌摩擦焊机进行对接焊接,焊后制取金相试样观察焊接接头宏观形貌和显微组织,并测定其力学性能。结果7A52铝合金FSW焊接接头焊核区的面积随着焊接速度的增大而增大,当焊接速度为250mm/min时,焊接接头的焊核区面积最大,焊核区的显微组织都为细小的等轴晶,焊接接头横截面的焊核区呈明显"洋葱环"的形貌,而热力影响区的结构特征则呈现出了较高的塑性变形流线层。焊接接头显微硬度分布都呈现出"W"形变化,在焊接速度为150 mm/min时,焊接接头的平均抗拉强度能达到452 MPa,达到了母材抗拉强度的89%。结论通过对不同焊接速度下7A52铝合金FSW焊接接头的组织和性能进行研究,得到了不同焊接速度下焊接接头组织和力学性能。     

球磨工艺对原位合成碳纳米管增强铝基复合材料微观组织和力学性能的影响

将原位化学气相沉积法合成的碳纳米管(CNTs)与铝的复合粉末进行球磨混合,进而粉末冶金制备CNTs/Al复合材料,研究球磨工艺对复合材料的微观组织和力学性能的影响。结果表明:球磨过程中不添加过程控制剂所得到的复合材料力学性能优异;随着球磨时间的增加,CNTs逐步分散嵌入铝基体内部,复合材料的组织也变得更加致密均匀。CNTs/Al复合材料的硬度和抗拉强度均随球磨时间的延长持续增加,但是伸长率先增后减。经90min球磨的CNTs/Al复合材料展现了强韧兼备的特点,其硬度和抗拉强度较原始纯铝提高了1.4倍和1.7倍,并且具有17.9%的高伸长率。     

Microstructure and mechanical properties of friction stir welded Al/Mg2Si metal matrix cast composite

In this research, friction stir weldability of 15 wt.% Mg₂Si particulate aluminum matrix cast composite and effects of tool rotation speed and number of welding passes on microstructure and mechanical properties of the joints were investigated. Microstructural observations were carried out by employing optical and scanning electron microscopy of the cross sections perpendicular to the tool traverse direction. Mechanical properties including microhardness and tensile strength were evaluated in detail. The results showed fragmentation of Mg₂Si particles and Mg₂Si needles existing in eutectic structure in stir zone. Also, homogeneous distribution of Mg₂Si particles was observed in the stir zone as a result of stirring with high plastic strains. Tension test results indicated that tensile strength of the joint had an optimum at 1120 rpm tool rotation speed and decreased with increasing of the number of welding passes. Hardness of the joint increased due to modification of solidification microstructure of the base composite. This research indicates that friction stir welding is a good candidate for joining of 15 wt.% Mg₂Si aluminum matrix composite castings.     

2219铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能的不均匀性研究

目的 针对2219铝合金搅拌摩擦焊接头受焊接热作用和机械搅拌作用的影响,极易产生组织和力学性能不均匀的情况,深入研究接头的局部力学性能,为焊接工艺优化提供理论指导.方法 采用显微组织分析与数字图像相关(DIC)技术测试相结合的方法,对2219铝合金搅拌摩擦焊接头的组织和局部力学性能进行表征,并建立搅拌摩擦焊接头各区域的局部力学性能模型.结果 2219铝合金搅拌摩擦焊接头的力学性能薄弱区为热机影响区.试样断裂前该区域局部应力达到345 MPa,局部应变为18.9％,而此时母材应变仅为1.91％.结论 热机影响区的组织在焊接热作用和机械搅拌的双重作用下发生了粗化和软化,导致该区的力学性能降低,是整个焊接接头的薄弱区域.     

Dissimilar Friction Stir Welding Between 5083 and 6082 Al Alloys Reinforced With TiC Nanoparticles

Dissimilar friction stir welding between aluminum alloys thick plates reinforced with TiC nanoparticles was conducted. The defect-free welds are characterized by good mechanical mixing between the joined materials as well as by good nanoparticle distribution and further grain refinement in comparison with the unreinforced weld. The local mechanical behavior of the produced metal matrix composites was studied and compared with their bulk counterparts and parent materials. Specifically, the measured mechanical properties in microscale and nanoscale (namely hardness and elastic modulus) are correlated with microstructure and the presence of fillers. The hardness, elastic modulus, ultimate tensile strength, percentage of elongation, and yield values increase with the presence of TiC nanoparticles.     

水下搅拌摩擦焊对铝/铜接头组织与性能的影响

目的 采用搅拌摩擦焊,对比分析大气环境和水下环境下铝/铜接头的组织与性能,以期获得力学性能更优异的铝/铜焊接接头。方法 利用搅拌摩擦焊,在焊接速度为40 mm/min、旋转速度为1 000 r/min的条件下,分别在大气环境和水下环境下对厚度为9 mm的6061铝合金板和T2纯铜板进行焊接。然后,对铝/铜界面、焊核区进行扫描电镜及能谱分析,并对铝/铜界面及焊核区进行物相分析,确定产物相组成。最后,对铝/铜试样进行拉伸及硬度检测。结果 铝/铜接头均无裂纹、气孔等缺陷。铜颗粒弥散分布在焊核区,铝/铜界面形成金属间化合物层。水下搅拌摩擦焊下界面元素扩散距离明显变短,且金属间化合物厚度更薄。铝/铜接头的金属间化合物为AlCu和Al4Cu9。大气环境焊接下接头的抗拉强度为130.6 MPa,断裂方式为脆性断裂;水下焊接下接头的抗拉强度为199.5 MPa,断裂方式为韧性断裂。水下环境下的接头硬度值更高,其中热影响区的硬度最低值约为65HV。结论 水下搅拌摩擦焊铝/铜接头无裂纹、气孔等缺陷。组织上,水下搅拌摩擦焊的铝/铜接头界面元素扩散距离更短,硬脆的金属间化合物更少;性能上,水下搅拌摩擦焊的铝/铜接头强度更高,抗拉强度达到199.5 MPa,达到母材的74.4%。