SiC 和Gr 颗粒混杂增强Al 基复合材料的摩擦磨损特性的研究

比较了SiC 和Gr 颗粒混杂增强Al 基复合材料的干摩擦磨损行为, 并与单一SiC_P 和单一G_rP 增强Al 基复合材料的相应行为进行了比较。结果表明, 在低载荷(< 30 N ) 时, SiC_P 和G_rP 能协调作用, 使混杂复合材料的摩擦系数和磨损率均比单一SiC_P 和G_rP 增强复合材料低。在较高载荷(30～ 120 N ) 时, 混杂复合材料磨损以剥层磨损机制为主, 摩擦系数比单一SiC_P 增强复合材料低, 磨损率比单一G_rP 增强复合材料低得多, 比单一SiC_P 增强复合材料高。混杂复合材料对偶件的磨损比单一SiC_P 增强复合材料低得多。      

亚微米级SiCp增强Al基复合材料的力学和耐磨性能研究

以亚微米级(130nm)SiCp和微米级(200目)Al粉为原料,采用冷压烧结和热挤压方法制备出体积含量分别为1.5%、5%亚微米SiCp增强Al基复合材料,研究了复合材料的硬度、拉伸、及耐磨性能.结果表明:随SiCp含量的增加,抗拉强度从170MPa降到156MPa,伸长率从33.4%下降到30.9%,其耐磨损性分别是Al的0.78～1.10倍和0.92～3.66倍,其耐磨机理是其磨损表面和次表面在摩擦推挤形变的作用下形成了Al基体 尺寸适中、近球状、分布弥散SiCp的理想耐磨减摩组织.     

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。      

高体积分数SiCP/ Al 复合材料电子封装盒体的制备

采用注射成型方法制备了SiC_P封装盒体的预成型坯, 用压力浸渗方法将熔融铝浸渗到SiC_P封装盒体的预成型坯中, 制备出含SiC_P体积分数为65 %的SiC_P / Al 复合材料的封装盒体。SEM 观察表明, 经过压力浸渗后SiC_P / Al 复合材料组织均匀且致密化高, 室温热膨胀系数为8. 0 ×10-6 / K, 热导率接近130 W/ (m·K) , 密度为2198 g/ cm3 , 能够很好地满足电子封装的要求。      

(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。     

镀铜石墨烯增强钛基复合材料的组织及性能研究

本实验通过超声搅拌加球磨的方式制备了镀铜石墨烯(GNPs)增强Ti6Al4V(TC4)钛基混合粉体,将粉体压制后采用微波烧结制备GNPs-Cu/Ti6Al4V复合材料.通过X射线衍射、扫描电子显微镜、能谱分析、显微硬度、室温压缩和摩擦磨损等测试手段,研究了石墨烯含量对钛基复合材料微观组织及力学性能的影响.研究结果表明:各石墨烯含量的钛基复合材料均出现Ti2 Cu、TiC相,当石墨烯含量为0.5％时出现GNPs相,且含量越高GNPs相的峰越高.随着石墨烯含量增加,钛基复合材料的相对密度、显微硬度、室温压缩强度和耐磨性先增加后降低,其中石墨烯含量为0.8％时复合材料的性能最好.与未加入石墨烯的Ti6Al4V基体相比,石墨烯含量为0.8％的GNPs-Cu/Ti6Al4V复合材料的显微硬度和压缩强度分别提高80.9％、69.9％.GNPs/Ti6Al4V和GNPs-Cu/Ti6Al4V复合材料的压缩强度分别比Ti6Al4V基体高33.2％和69.9％.微波烧结制备GNPs-Cu/Ti6Al4V复合材料的压缩强度分别比真空烧结和热压烧结高41.6％、22.9％.GNPs-Cu/Ti6Al4V复合材料的磨损机制为磨粒磨损与粘着磨损共存.     

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%。      

挤压包覆轧制对SiCP增强镁合金(AZ91)复合板显微组织和力学性能的影响

通过热挤压复合的方式将AZ91合金引入至SiC_P增强镁合金（AZ91）（SiC_P/AZ91）复合材料中,制备出厚度为2 mm的AZ91-（SiC_P/AZ91）复合板,研究了热轧对其显微组织和力学性能的影响规律。研究结果表明:AZ91的引入显著提高了SiC_P/AZ91的轧制成形能力。与AZ91层相比,SiC_P/AZ91层内晶粒尺寸小,硬度高。随轧制压下量的增加,AZ91-（SiC_P/AZ91）复合板晶粒尺寸变大,析出相数量减少且尺寸增大,导致硬度呈现下降的趋势。与挤压态AZ91-（SiC_P/AZ91）复合板相比,当压下量为50%时,轧制态AZ91-（SiC_P/AZ91）复合板屈服强度由272 MPa提高至341 MPa,抗拉强度由353 MPa提高至404 MPa。在拉伸过程中,因SiC_P与基体界面脱黏导致裂纹优先在SiC_P/AZ91层内萌生和扩展,AZ91层对微裂纹扩展具有一定的阻碍作用。      

旋转摩擦挤压制备MWCNTs/Al复合材料的组织及磨损性能EI北大核心CSCD

采用旋转摩擦挤压(RFE)法制备多壁碳纳米管增强铝基(MWCNTs/Al)复合材料,分析MWCNTs/Al复合材料的显微组织、硬度和磨损性能。结果表明:用RFE法可制备具有一定形状尺寸的块体MWCNTs/Al复合材料;复合材料的成形质量好,显微组织为经动态再结晶后的细小等轴晶,MWCNTs在铝合金基体中分布均匀。复合材料的硬度随着MWCNTs体积分数增加先增加后降低,当MWCNTs体积分数为4%时,硬度是经RFE加工后基材的1.2倍。MWCNTs在复合材料磨损过程中起润滑作用,有助于降低MWCNTs/Al复合材料的磨损量提高复合材料的耐磨性。随MWCNTs体积分数的增加,复合材料的磨损率降低,当MWCNTs体积分数大于3%后磨损率变化较小。这是由于MWCNTs体积分数的增加,磨损机制发生变化,即由黏着磨损和轻微磨粒磨损转变为剥层磨损和磨粒磨损。     

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。     

挤压温度对15 vol %SiCP/ Mg-9Al 镁基复合材料拉伸性能与断口形貌的影响

研究了挤压温度对粉末挤压法制备镁基复合材料室温拉伸性能和断口形貌的影响。实验结果表明: 复合材料在350～450 ℃温度范围内挤压温度越高, SiC 颗粒分布越均匀, 致密度越高, 复合材料强度、延伸率上升;复合材料断裂方式随着挤压温度升高由颗粒/ 基体脱粘向颗粒断裂转变。      

高体积分数 SiC P / Al复合材料的拉伸、 压缩与弯曲特性

对高体积分数碳化硅颗粒增强铝基(SiC P/ Al)复合材料的拉伸、 压缩和三点弯曲特性进行了实验研究。结果表明 : 高体积分数 SiC P/ Al 复合材料与低体积分数 SiC P/ Al复合材料相比 , 没有明显的线性屈服阶段。进一步的加载2卸载实验表明 , 在外载荷作用下 , 材料宏观上呈现一种类似金属材料的塑性 , 卸载后留有较大的残余应变 , 再次加载时沿上次卸载路线上升 , 而且拉应力导致的残余应变大于压应力。三点弯曲时材料内部产生残余塑性变形的潜力最大 , 切线模量更稳定。宏观断口分析表明 , 金属基体的非均匀分布导致产生局部渐进的微屈服 ,是使材料性能宏观上类似塑性材料的主要原因。制备过程中的残余应力和基体内部的微缺陷是拉应力比压应力产生更大残余应变的主要原因。     

SiCP/ 6061Al 合金复合材料的高温单轴棘轮行为及其时间相关特性

对T6 热处理后的SiC_P / 6061Al 合金复合材料的高温(300 ℃) 单轴应变循环特性和棘轮行为进行了实验研究, 讨论了具有两种颗粒体积分数的复合材料在高温下不同加载条件时的循环软/ 硬化特性和棘轮行为特征。实验研究表明: 颗粒增强金属基复合材料宏观上表现出与金属材料相类似的应变循环特性和棘轮变形规律, 即复合材料在非对称应力循环下也将产生一定的棘轮变形, 并随应力幅值和平均应力的增加而增加; 颗粒的引入使复合材料抵抗棘轮变形的能力增强, 棘轮变形随颗粒体积分数的升高而下降; 在高温下棘轮行为体现出明显的时间相关特性, 即棘轮应变值明显依赖于加载率和峰值保持时间, 并具有明显的蠕变-棘轮交互作用。在对该类复合材料的棘轮行为进行本构描述时必须考虑复合材料的微结构特征、加载条件以及时间效应等的影响。      

The sliding wear behavior of TiCp/AZ91 magnesium matrix composites

The AZ91 metal matrix composites (MMCs) reinforced with 5, 10 and 15 wt.% TiC particulates are fabricated by TiC_p–Al master alloy process combined with mechanical stirring. The effects of TiC particulate content, applied load and wearing time on the sliding wear behaviors of the composites were investigated using MM-200 wear testing apparatus. The results show that the wear resistance and friction coefficient of the composites increased and decreased with increase of the TiC particulate content, respectively. The wear volume loss and friction coefficient of the reinforced composites as well as the unreinforced AZ91 matrix alloy increased with increase of applied load or wearing time, but the increase rates of the reinforced composites in two performance is lower than those of the unreinforced AZ91 matrix alloy. Furthermore, the sliding wear behavior of the composites and the unreinforced AZ91 matrix alloy is characterized by ploughing, adhesion and oxidation abrasion.     

Property Characteristics of a TiB2P/AI Composite Fabricated by Squeeze Casting Technology

TiB2P/Al composite was successfully fabricated by squeeze casting technology. Its mechanical and tribological properties were evaluated. The elimination of Ti-Al intermetallic compound was confirmed by X-ray diffraction (XRD) studies. At 45% volume fraction, the bending strength at ambient temperature was 934 MPa. And the fracture modes included ductile failure of Al matrix and brittle fracture of TiB2 particles. In dry sliding wear mode, severe plastic deformation and adhesive wear were found on the worn surfaces of the SiCP/Alcomposite. But no obvious characteristics of adhesion or abrasion wear were observed on that of the TiB2P/Al composites. At the steady stage, the friction coefficient of the SiCP/Al composite was about 0.6. While that of TiB2P/Al composite was only about 0.16～0.17.     

Al2O3颗粒/耐热钢复合材料的制备及高温磨料磨损性能

氧化铝与耐热钢在高温下都具有优异的特殊性能,氧化铝硬度高、热稳定性好、耐热钢的抗氧化性与热强性高,因此氧化铝颗粒增强耐热钢基复合材料可望获得好的抗高温磨料磨损性能。在154~200 μm的氧化铝颗粒表面通过化学气相沉积技术获得Ni涂层后,通过在氧化铝颗粒中加入耐热钢颗粒的方法与负压铸渗技术,获得了氧化铝颗粒体积分数在18 %~52 %的氧化铝颗粒/耐热钢基复合材料,并考察了其在900℃的磨料磨损工况下的耐磨性。结果表明:所有复合材料的耐磨性均比耐热钢的好,耐磨性最好的复合材料是氧化铝颗粒体积分数为39 %的复合材料,其耐磨性是耐热钢的3.27倍。通过扫描电镜分析了复合材料的磨损机理及不同氧化铝颗粒体积分数复合材料的磨损行为。      

电铸nano-Al2O3 / Cu 复合材料的组织与性能

采用复合电铸工艺, 在硫酸铜镀液中加入纳米氧化铝颗粒制备了纳米颗粒弥散增强铜基复合材料, 利用扫描电镜、电子透镜对复合材料的表面、拉伸断面和摩擦磨损表面的形貌以及微观组织进行了观察, 并对显微硬度、拉伸性能、磨损性能及电阻率进行了研究。结果显示, 氧化铝颗粒及其团聚体以纳米级尺寸弥散分布在铜基体中, 且与铜基体结合良好。复合材料的硬度最大增幅达42 %。氧化铝颗粒含量在1. 26 %时, 复合材料的拉伸强度和延伸率分别高达385 MPa 、26 %。相对电铸纯铜, 复合材料的耐磨性能明显提高, 而复合材料的电阻率最大增幅小于6 %。      

石蜡/聚乙烯醇相变储能纤维的制备与表征

以石蜡为相变物质, 聚乙烯醇为纤维基材, 采用湿法复合纺丝法制得石蜡质量分数为 30 %的相变储能纤维。采用扫描电子显微镜、 广角X射线衍射仪、差示扫描量热仪表征了纤维的结构以及相变储能性。结果表明, 石蜡/聚乙烯醇纤维缩醛化后, 石蜡以岛相分散于纤维基体海相中, 结晶含量占储能纤维的34 %。储能纤维干热拉伸倍数为2～4倍时, 热效率变化为81. 9 %～71. 2 % , 并且洗涤 25 次之后, 控温性能仍然良好。石蜡/聚乙烯醇储能纤维的线密度、强度与初始模量分别为 0. 62～0. 32 tex、28. 1～66. 2 N/tex、373～794 N/tex,水中软化点达108℃, 满足服用纤维的要求。      

SiC 纤维增强复合材料基体裂纹偏移机理的有限元分析

运用基于能量的裂纹偏移准则, 分别建立了两相和三相复合材料基体裂纹偏移/ 穿透的轴对称有限元模型, 考察了纤维体积分数、描述材料特性弹性失配的Dundurs 参数α和相对裂纹扩展长度a_d / a_p 对相对能量释放率Gd / Gp 的影响。将两相复合材料的有限元结果与He 等人的结果进行对比, 进一步考察了三相复合材料界面层厚度和Dundurs 参数α₁ 和α₂ 对G_d / G_p 的影响。分别将碳涂层SiC 纤维增强复合材料SiC/ C/ Ti-6A1-4V 和碳涂层陶瓷基增强复合材料SiC/ C/ SiC 运用于有限元分析中, 结果表明, 所建立的模型能够准确地预测和比较基体裂纹偏移的机理。      

SiC_P表面镀Ti改性对SiC_P/Al2014复合材料组织及力学性能的影响

采用盐浴镀的方法对SiC_P进行表面镀Ti处理,并通过搅拌铸造的方法制备了表面镀Ti改性SiC_P/Al2014复合材料。研究了镀Ti SiC_P的尺寸和体积分数对SiC_P/Al2014复合材料微观组织和力学性能的影响规律。结果表明:表面镀Ti处理能有效改善SiC_P在Al基体中的分散均匀性;但随着SiC_P体积分数提高,相同尺寸的镀Ti SiC_P在Al基体分散均匀性逐渐变差,当SiC_P体积分数相同时,其在Al基体中的分散均匀性随着SiC_P尺寸的增加逐渐变好。SiC_P尺寸相同时,SiC_P/Al2014复合材料的常温拉伸强度随颗粒体积分数的增加先增大后减小,SiC_P尺寸为5μm和10μm的SiC_P/Al2014复合材料抗拉强度在颗粒的体积分数为4%时达到最高,分别为524MPa和536MPa;SiC_P/Al2014复合材料的高温(493K)抗拉强度随着SiCp体积分数增加而增大,SiC_P尺寸为5μm和10μm的SiC_P/Al2014复合材料抗拉强度在颗粒体积分数为6%时达到最高,分别为308 MPa和320 MPa。