Microstructure characterization of reinforcements in in-situ synthesized composites of Al-Zr-O system

A novel in-situ reaction system Al-Zr-O was developed. In-situ Al3Zr and Al2O3 particulates reinforced aluminum matrix composites were fabricated by the direct melt reaction technique in the Al-Zr-O system. Microstructures of the composites and crystal morphology of in-situ formed Al3Zr and Al2O3 particulates were analyzed by scanning electron microscope (SEM) and transmission electron microscope (TEM). Results indicate that in-situ formed Al3 Zr and Al2O3 particles are finer and well distributed in aluminum matrix. Al3Zr particulates with a tetragonal structure are mainly in the shape of polyhedron. A few of them are in the form of rectangle. The length/width ratio of the rectangular Al3Zr is less than 2.0 and the maximum size is 2μm. In addition, a certain number of Al2O3 submicro particles with a hexagonal structure are also generated in this system. Furthermore, it is found that Al3Zr crystal grows by the mechanism of twinning. The twin plane is (114). The twinning direction is [221]. The tensile tests show that the composites synthesized in the Al-Zr-O system exhibits high strength and ductility. There are a lot of ripples with fine particles on the fracture. The principal strengthening mechanisms for (Al3Zr Al2O3 )p/Al composites may include Orowan strengthening, grain-refining strengthening, solid-solution strengthening and dislocation strengthening.     

Al-Zr-O体系反应合成原位复合材料的微结构与磨损特性

运用A359-Zr(CO3)2体系熔体反应法制备了(Al3Zr Al2O3)p/A359复合材料,研究了增强颗粒的含量对(Al3Zr Al2o3)p/A359复合材料干滑动磨损性能的影响.结果表明:Zr(CO3)2与A359熔体反应生成了Al2O3和Al3Zr颗粒;复合材料的磨损量随载荷的增大和时间的延长均远小于基体的,同一条件下复合材料的磨损量随Al3Zr和Al2O3颗粒含量的增加而减少,当载荷为98 N时,12%(Al3Zr Al2O3)p/A359复合材料(体积分数)的耐磨性比基体的提高了2.5倍.磨损表面及亚表面的SEM分析表明,基体A359磨损表面存在撕裂纹并与亚表面连接,表现为粘着磨损和剥层磨损;(Al3Zr Al2O3)p/A359复合材料的磨损表面及亚表面平整光滑,主要表现为磨粒磨损.     

A359-Zr(CO3)2体系反应合成复合材料的组织及润滑磨损性哪

研究了新型反应体系A359-Zr（CO3）2熔体反应法制备的（Al3Zr＋Al2O3）p／A359复合材料边界油润滑条件下的滑动磨损性能。结果表明，由于颗粒的支撑减磨作用，复合材料的磨损量随载荷的增大和时间的延长均远小于基体材料，当载荷为1176N时体积分数为12％的复合材料磨损量为4．9mg，而基体材料的磨损量为27．5mg，复合材料比基体材料耐磨性提高了6倍；由磨损表面SEN观察表明：基体A359合金存在严重粘着和变形，表现为粘着磨损和剥层磨损，复合材料的磨损类型表现为磨粒磨损。     

Al-Zr-O-B原位合成复合材料的微观组织和力学性能

采用Al-Zr(CO3)2-KBF4体系用熔体反应法成功合成了新型颗粒增强铝基复合材料.XRD和SEM分析表明, Zr(CO3)2和KBF4与铝液反应生成了ZrB2、Al2O3、Al3Zr颗粒,颗粒尺寸细小,且弥散分布于基体中,其平均尺寸约为80～90 nm;拉伸试验结果显示.Al-Zr(CO3)2-KBF4体系反应生成的复合材料的抗拉强度和屈服强度随着反应物加入量的增加均显著提高,复合材料的抗拉强度为150.3 MPa,较铝基体的78.0 MPa提高了 92.7%;屈服强度为113.7 MPa,较铝基体的42.0 MPa提高了170.7%;复合材料的伸长率先升后降;由复合材料的拉伸断口SEM可知,随着反应物质量增加,塑性变形区减小,但仍然是塑性断裂.     

低频交变电磁场对(Al2O3+Al3Zr)p/Al复合材料凝固组织和干滑动磨损性能影响

在低频交变电磁场条件下,研究了Al-Zr(CO3)2组元通过熔体反应法原位合成的Al2O3、Al3Zr颗粒增强铝基复合材料,结果表明:外加低频交变电磁场能够有效地改善反应动力学条件,对固液两相反应的传质和扩散起到了很好的促进作用,凝固组织中增强相颗粒在铝基体中的体积分数增加,分布弥散均匀.复合材料干滑动磨损机制是磨粒磨损,磨损量31.7 mg,比未加电磁场时的磨损量下降了46.1%,耐磨性提高.     

Al-Zr(CO_3)_2体系反应合成复合材料的力学性能与断裂行为①

利用Al Zr(CO3)2原位反应体系,采用熔体反应法制备了(Al3Zr Al2O3)p/Al复合材料。XRD及SEM分析显示:原位反应生成的颗粒为Al3Zr和Al2O3,颗粒细小并均匀分布在基体中。拉伸实验表明:(Al3Zr Al2O3)p/Al复合材料的抗拉强度和屈服强度随颗粒含量的增大显著提高,当颗粒体积分数为10%时,复合材料的抗拉强度和屈服强度分别为148.3MPa和110.5MPa,但延伸率先上升后下降。原位拉伸研究表明:复合材料拉伸过程中裂纹的萌生及扩展机制可从两方面得到解释:滑移过程中的位错作用机制以及颗粒脱粘和破碎形成的"孔洞"成核与长大机制。     

电磁场作用下(Al2O3+Al3Zr)p/Al复合材料的梯度效应

以原位合成的Al2O3、Al3Zr颗粒增强铝基复合材料作为预熔料,颗粒体积分数为15%,颗粒粒度为2～3μm。在恒温870℃时施加30s频率为20kHz的高频交变电磁场,集肤深度为5.314mm,线圈内输入电流80A,刚玉坩埚置于线圈边缘部位,对应位置处的磁感应强度为0.1T。扫描电镜分析复合材料水淬试样,结果表明,试样中心部位颗粒体积分数基本不变,靠近线圈5mm处颗粒体积分数减少至10%,靠近线圈边缘部分的颗粒体积分数增加至20%,呈现出一定梯度效应,这是电磁挤压力作用的结果。颗粒迁移效率的影响因素有：颗粒体积分数、粒径、熔体温度、磁感应强度、分布及其磁场作用时间。     

Er对原位ZrB2/A356.2复合材料组织与性能的影响

采用原位合成法制备ZrB_2/A356.2复合材料,研究了引入ZrB_2对A356.2铸态微观组织的影响以及不同Er含量对复合材料铸态微观组织及力学性能的影响。结果表明,引入ZrB_2后α-Al晶粒和粗大共晶Si发生略微细化,添加Er后α-Al晶粒细化明显,并且Er对共晶Si有很好的变质效果,α-Al由粗大树枝晶变为蔷薇状、球状,共晶Si从粗大的针片状变为细小的短棒状、球状,有效提高了复合材料的力学性能。当Er添加量为0.10%(质量分数)时,其细化变质效果最为明显,复合材料力学性能提高最为显著。     

Zr+Er及Zr+Y对Al-Mg-Si-Cu-Mn-Cr合金组织和拉伸力学性能的影响

采用光学显微镜(OM)、电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、透射电子显微镜(TEM)和拉伸强度试验研究了0.3%Zr+0.2%Er和0.3%Zr+0.2%Y(质量分数)两种元素组合对Al-0.6Mg-0.9Si-0.5Cu-0.5Mn-0.2Cr合金热处理前后微观组织和力学性能的影响。研究结果表明,两种元素组合的加入均能细化铸态晶粒,其中Zr+Y改性合金的晶粒细化更明显,且两种改性合金铸态的强度和塑性均较基体合金提高。在热处理过程中,两种元素组合会影响合金中弥散相的析出,降低合金的弥散强化效果。最终,Zr+Er改性合金的强度较基体合金提高,而Zr+Y改性合金的强度则较基体降低,两种合金的塑性均较基体降低。     

Sol-gel法制备纳米晶镍锌钴铁氧体/二氧化硅复合颗粒的研究

开发了用溶胶-凝胶法制备纳米晶镍锌钴复合铁氧体颗粒的技术,并对溶胶-凝胶工艺的影响因素进行了研究探讨.用扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)和X射线衍射(XRD)对样品进行了表征,得到球状分布的纳米晶镍锌钴铁氧体/二氧化硅复合颗粒,并优化了制备工艺.