搅拌摩擦加工法制备铝基复合材料组织与性能研究

用搅拌摩擦加工法制备碳纳米管增强铝基复合材料,并对其组织及硬度进行了分析。结果表明:搅拌摩擦中心区晶粒尺寸与轴肩变形区相似,晶粒比较细小;搅拌摩擦区边界的晶粒组织发生了明显的塑性变形,晶粒被扭曲拉长。碳纳米管在搅拌摩擦中心区均匀分散,和基体结合良好。碳纳米管对基材有明显的强化作用,搅拌摩擦中心区硬度在55 HV左右,是纯铝的2倍。     

搅拌摩擦加工制备碳纳米管增强铬锆铜基复合材料的工艺探索

本文用搅拌摩擦加工的方法成功制备了碳纳米管增强铬锆铜基复合材料,并对制得的复合材料的组织、硬度进行了分析。结果表明,在搅拌头旋转速度为750r／min,挤压速度为30mm／min时能获得良好成型的复合材料,复合区的晶粒大小较母材发生了明显的细化,硬度得到了显著的提高。     

搅拌摩擦加工原位反应制备Al_3Ti-Al表面复合层

通过在铝合金1100-H14表面加工矩形凹槽并添加微米级钛粉再进行搅拌摩擦加工(friction stir processing,FSP)的方法,在铝合金表面获得Al3Ti-Al复合层.采用扫描电镜(SEM),能谱分析(EDS)以及X射线衍射(XRD)对表面复合层微观结构及相组成进行了分析,并对复合层的显微硬度进行了检测.结果表明,在FSP强烈的热、力耦合作用下,钛粉产生了碎化,破碎后的钛颗粒与铝产生快速原位反应,生成微米和亚微米级Al3Ti颗粒,残留的钛颗粒和细小的Al3Ti颗粒一同均匀地分布于铝合金基体中,从而使得铝合金表面的硬度得到提高,其平均值达到了71.39HV,为基体硬度的2.1倍.     

纳米SiCw增强铝基复合材料的搅拌摩擦加工制备

用搅拌摩擦加工法制备纳米SiCw增强ZL114A铝基复合材料,并对其组织及性能进行分析.结果表明,在30 mm×6mm形成了结构致密,无明显疏松、孔洞的搅拌摩擦复合区,复合区晶粒细小,搅拌摩擦中心区SiCw分布较均匀.该复合材料经T6热处理后强化效果不明显,SiCw主要起韧化作用,搅拌摩擦中心区硬度及抗拉强度略有下降,但伸长率得到改善,比基材提高111.4％.     

搅拌摩擦加工制备NiTip/WE43镁基复合材料

本研究提供了一种采用搅拌摩擦加工（FSP）制备NiTi颗粒增强WE43镁基复合材料的有效手段。采用SEM结合EDS对FSP试样的微观结构进行了研究,采用XRD进行了物相分析。结果表明,制备的复合材料具有形状记忆效应。较低的加工温度有效地阻止了NiTi颗粒与Mg基体在FSP过程中的界面反应。无论粒径大小,在FSP后,NiTi颗粒都均匀分布在Mg基体中。此外,与Mg基体相比,NiTi/WE43复合材料的屈服强度、极限拉伸强度和延伸率分别降低了33%、12%和18%。随着加入的NiTi颗粒尺寸的增大,该复合材料拉伸强度和延伸率均降低。复合材料的失效机理是颗粒之间的界面开裂以及增强颗粒的断裂。     

搅拌摩擦成型对铝基复合材料性能影响

采用搅拌摩擦成型技术对铸造SiC颗粒增强铝基复合材料进行改性,从组织、力学性能和摩擦磨损性能方面进行对比分析。结果表明:搅拌摩擦成型技术能修复缺陷组织、细化晶粒,搅拌时的剪切力使得SiC颗粒被打碎并分散均匀,提高材料的力学性能,抗拉强度和屈服强度分别提高14%和16%;搅拌摩擦成型修复后材料摩擦系数的稳定性得到显著提高。     

搅拌摩擦加工制备A356铝基复合材料的显微组织与力学性能(英文)

通过搅拌摩擦加工技术将SiC颗粒加入到A356铝合金中制备铝基复合材料,搅拌摩擦加工参数为:旋转速度1800r/min和行进速度127mm/min。基体金属A356铝合金为亚共晶AlSi枝晶组织,而搅拌区的组织与基体金属区不同。共晶Si和SiC颗粒均匀分布于初始铝固溶体中,而经历了剧烈变形的热力影响区的共晶Si和SiC颗粒呈沿旋转方向分散的特征。搅拌区的硬度比基体金属的高,因为在搅拌区存在的缺陷明显减少,共晶Si和SiC均匀分布在其中。     

搅拌摩擦加工技术制备Ti颗粒增强AZ31镁基复合材料

利用搅拌摩擦加工技术制备Ti颗粒含量为20%(体积分数,下同)与40%的Mg-AZ31基复合材料.结果表明:碎化后的Ti颗粒平均尺寸约为200 nm,经4次搅拌摩擦加工处理后基体组纵发生明显的细化,晶粒尺寸为3～5 μm.添加20%Ti颗粒的复合层中碎化的Ti颗粒在Mg基体中呈不均匀分布,复合层具有较低的强度和伸长率;当Ti颗粒添加量为40%时,复合层中碎化Ti颗粒在Mg基体中均匀分布,复合层强度有明显提高,伸长率较基体无明显降低.利用混合定律计算复合层的显微硬度,其结果与试验值相吻合.     

采用搅拌摩擦焊方法制备的非晶增强铝基复合材料的微观组织分析

利用金相、EDS、XRD及TEM试验等对采用源于搅拌摩擦焊方法的搅拌摩擦加工技术制备的非晶增强铝基复合材料的微观组织结构进行试验分析.结果表明,非晶增强体与基体5A06铝合金经过搅拌摩擦加工过程充分的搅拌作用,获得了层状混和组织结构.复合材料中存在大量的90~400 nm纳米级组织,主要由-αA l与-αA l非晶组织构成.纳米级组织的存在有助于复合材料性能的提高,而非晶结构的存在表明非晶增强体在搅拌摩擦加工过程中并未完全晶化.     

搅拌铸造法制备SiCp／A356铝基复合材料的研究

利用搅拌铸造技术制备SiCp/A356铝基复合材料.通过金相观察(OM),扫描电镜(SEM)及力学性能测试对所制备的颗粒增强铝基复合材料的显微组织和力学性能进行了研究.结果表明,SiC增强颗粒较均匀地分布于基体中,SiC/Al界面处存在明显的Si溶质偏聚,复合材料的孔隙率为4.2%;与基体合金相比,SiC颗粒的加入提高了复合材料的硬度和屈服强度,抗拉强度及延伸率略有下降;断口分析表明,搅拌铸造SiCp/A356铝基复合材料主要的断裂机制为SiC/Al界面脱粘及基体合金的脆性断裂.     

石墨烯对搅拌摩擦加工铝基复合材料性能的影响

采用结合粉末工艺的两步法搅拌摩擦加工制备石墨烯增强铝基复合材料,研究了石墨烯添加量对复合材料力学性能和导电性能的影响。结果表明,石墨烯的添加对铝基复合材料性能有明显的影响,随石墨烯添加量增加,复合材料的硬度逐渐提高、塑性持续下降,而抗拉强度和电导率均呈先增后减的趋势。石墨烯体积分数为3.7%时,复合材料的抗拉强度最高,达到146.5 MPa,与同等加工条件下的纯铝相比,提高了78.7%,而石墨烯体积分数为1.3%时,复合材料的电导率最高,达到30.62 MS/m,较同等加工条件下的纯铝基体提高了53.4%。     

搅拌摩擦通道挤压制备碳纳米管增强7075铝基复合材料

搅拌摩擦通道挤压是作者基于搅拌摩擦焊接和等通道转角挤压提出的一种固相状态制备金属基复合材料的新方法。采用搅拌摩擦通道挤压方法,通过添加不同体积分数的碳纳米管（CNTs）(0%、2%和4%),制备了碳纳米管增强7075铝合金基复合材料（CNTs/Al-7075）。通过光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察并分析了CNTs在Al-7075基体中的分布特征,以及复合材料的细晶组织和第二相颗粒特征。采用固溶和时效处理改善CNTs/Al-7075复合材料的组织和力学性能。结果表明,采用搅拌摩擦通道挤压方法可以制备CNTs分布均匀的CNTs/Al-7075复合材料,实现7075铝合金基体晶粒细化,通过引入CNTs增强相可获得更为细小的晶粒组织。随着CNTs体积分数增加,CNTs/Al-7075复合材料的晶粒更加细化。固溶和时效处理改善了搅拌摩擦通道挤压制备的7075铝合金和CNTs/Al-7075复合材料的第二相析出行为,使材料的显微硬度得到提高。CNTs/Al-7075复合材料的强化机制综合了细晶强化、位错强化、载荷传递和第二相强化,其中以第二相强化为主。     

搅拌摩擦加工碳纳米管增强7075铝基复合材料的疲劳性能

采用搅拌摩擦加工方法制备了碳纳米管增强7075铝基复合材料,研究了复合材料显微组织和疲劳性能。结果表明:复合材料晶粒细小,增强相碳纳米管在基体中分散均匀。随碳纳米管体积分数的增加,碳纳米管在基体中的分散程度降低。复合材料的疲劳性能高于基材,且随着碳纳米管含量的增加,复合材料的疲劳性能逐渐提高,但发现其抗拉强度呈现逐渐减小的趋势。复合材料中存在少量的大尺寸金属间化合物、非金属夹杂、片状氧化物等缺陷对复合材料的疲劳性能造成不利影响。     

搅拌摩擦加工技术制备多孔铝的实验研究

在不使用发泡剂的情况下,使用含有气体的铝合金压铸件制出多孔铝.通过使用搅拌摩擦加工技术,在925～950℃的保温温度与10min的保温时间下,可获得孔隙率高于50％的多孔铝.使用以上方案制备多孔铝,可获得更高生产率,成本低,具有很大应用前景.     

多次搅拌下SiC颗粒增强铝基复合层组织与性能

采用搅拌摩擦加工制备SiC颗粒增强铝基复合材料,研究搅拌次数对复合层晶粒尺寸、硬度、拉伸及磨损性能的影响。结果表明,搅拌加工时添加SiC颗粒可提高复合层的硬度、耐磨性,但会降低其强度。随着搅拌次数的增加,复合材料硬度得到提高,添加SiC颗粒的试样经4道次搅拌后搅拌区平均硬度130 HV,而未添加颗粒时为118 HV。添加颗粒试样搅拌4次后,抗拉强度比搅拌1次试样强度明显提高,可达360.6 MPa,可达铝合金母材的68.5%。添加颗粒能够提高复合层的耐磨性,未添加颗粒时复合层摩擦系数为0.6,相比添加颗粒时仅为0.5。随着搅拌次数的增加,搅拌区晶粒细化程度得以提高,SiC颗粒分布更加均匀。     

搅拌摩擦加工制备镁基铝覆层材料的组织与性能

在采用多道次搅拌摩擦加工成功地在镁合金表面覆合一层铝层的基础上,利用光学显微镜、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析和电子万能材料试验机对界面组织、元素成分分布、界面结合力和断口形貌进行了分析,并分析了不同焊接速度对重叠区界面组织和性能的影响规律.结果表明,界面由N道次区、重叠区和N+1道次区组成,重叠区界面过渡层的厚度随着焊接速度的降低而增加.其过渡层由Al+Al₃Mg₂相和Mg+Al₁₂Mg₁₇相组成.重叠区界面的剪切力随着速度的降低而增加,断裂方式为塑性断裂.     

7A19铝合金搅拌摩擦焊组织性能分析

研究了不同焊接规范参数对退火态和T6态7A19铝合金搅拌摩擦焊接头的金相组织、硬度分布及力学性能影响.结果表明,7A19铝合金的搅拌摩擦焊焊接性能良好.焊缝金相致密无缺陷,焊核区的微观组织是无方向性的、细小的等轴晶粒,热影响区晶粒被拉长.焊缝区硬度分布均匀,与母材相比没有明显的下降.热影响区是接头的脆弱区,接头拉伸强度随着焊接热输入的降低而增加.采用合适的焊接参数,7A19铝合金在退火态下进行焊接,接头效率能达到母材的89.6％,断后伸长率为8.7％;在T6态下进行焊接,接头效率能达到母材的85％,断后伸长率为6.7％.     

一种非晶增强铝基复合材料的制备工艺及组织性能

利用搅拌摩擦加工技术成功制备了一种新型非晶增强铝基复合材料,分析其显微组织、硬度以及元素成分分布.试验结果表明,复合材料主要由母材和非晶带交替形成的层状结构组成,显微硬度有明显提高.复合材料中的非晶带产生了一定的晶化,摩擦热、机械搅拌力以及轴肩压力的综合作用可能是导致非晶带晶化的主要原因.     

利用搅拌摩擦加工对6061铝合金进行表面改性

为了改善典型的锻造铝合金6061(LD30)的表面性能,采用搅拌摩擦加工的方法在其表面制备强化的复合层以提高其硬度和耐磨性,即在铝合金基体表面加工凹槽,填充TiN纳米粉末后,利用搅拌摩擦加工过程中强烈的塑性变形作用获得较好的粉末弥散效果,从而制备强化的金属基复合层。利用光学显微镜对搅拌区域微观形貌进行分析,测试、比较显微硬度并分析了加工区域显微硬度的变化。结果表明,核区金属在搅拌头强烈的搅拌摩擦作用下发生显著的塑性变形和连续动态再结晶,形成细小、等轴晶粒的微观组织。经多道次搅拌TiN粉末获得了较好的弥散效果,搅拌核区硬度较母材提高约HV24,较未添加粉末搅拌的核区硬度提高约HV54。热影响区由于几乎没有弥散的粉末且受到热循环作用而使硬度下降HV20。     

搅拌摩擦加工铸态铝铁合金组织和性能研究

采用搅拌摩擦加工技术对含铁3％(质量分数)铸态铝铁合金进行3道次往复搅拌摩擦加工,研究加工区显微组织和力学性能的变化.结果表明,铸态铝铁合金经搅拌摩擦加工后,粗大的针状Al3Fe相被破碎成细小粒状,铸态组织转变成低位错密度的再结晶组织,且基体中存在细小的含铁亚稳相.搅拌摩擦加工后,加工区的显微硬度较铸态区降低,但分布比较均匀;加工区合金的抗拉强度稍微下降,延伸率显著增大.经搅拌摩擦加工后,合金拉伸断口呈现出微孔聚合韧性断裂特征.