SiCp/Al复合材料的制备与组织研究

重点探讨了一种制备ＳｉＣ颗粒增强铝基复合材料的新的工艺方法，即粉末预制块重溶稀释法。利用普通设备，探索了制备工艺过程，分析了金相组织。同时与粉末冶金法制备的组织作了比较。结果表明，采用粉末预制块重熔稀释、铝液中加活性元素（Ｍｇ）、适当提高铝液温度和机械搅拌等方法有效地改善了ＳｉＣ颗粒与铝基体的润湿性，制备了较为满意的ＳｉＣｐ／Ａｌ复合材料。     

SiCp/Al复合材料界面反应研究现状

界面反应研究是碳化硅颗粒增强的铝基复合材料研发中的重要研究方向.各国研究者分别从界面反应规律、影响因素、控制途径等方面展开研究.界面反应规律方面研究了Al合金液与SiC颗粒可能存在的界面化学反应、界面反应过程和界面反应模型、界面上的相等;界面反应影响因素方面研究了界面反应与制备工艺过程、参数的关系;界面反应有效控制途径方面研究了、基体合金化、SiC颗粒表面处理、工艺选择与工艺参数控制等.今后的界面反应研究方向为:界面精细结构的研究;界面反应的化学热力学及动力学研究等.     

SiCp/Al复合材料超疏水功能表面的性能及制备

为提高SiCp/Al复合材料的服役性能,本研究采用紫外激光刻蚀与盐酸溶液腐蚀相结合的方法,在SiCp/Al复合材料试样表面构建二级微结构,经低表面能处理后制备出超疏水功能表面.采用超景深三维显微系统、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、能量色散X射线能谱仪(energy dispersive spectrometer,EDS)、接触角仪等设备,以及电化学试验、温度循环试验、摩擦试验等方法,研究了所制备的SiCp/Al复合材料超疏水功能表面的微观形貌、组成成分、疏水性、耐腐蚀性、温度稳定性以及耐磨性.试验结果表明:所制备的试样具备良好的超疏水性能,10 μm粒径试样表面的接触角达到了163.8°,且滚动角小于1°.与未处理试样相比,所制备试样的表面具有良好的耐腐蚀性、防污性和温度稳定性,以及一定的耐磨性能.同时,SiC颗粒的粒径越大,激光刻蚀难度越大,所制备试样表面的耐腐蚀性能越好.SiC颗粒粒径对所制备试样表面的防污性、温度稳定性和耐磨性能的影响较小.     

SiCp/3003Al复合材料闪光对焊接头组织及其分析

采用连续闪光对焊的方法对SiCp/3003Al复合材料进行焊接，在合适的工艺条件下获得了良好的焊接质量。焊后接头的微观分析表明，闪光对焊接头可分为界面反应区、颗粒密集区、颗粒过渡区、母材区四个不同的组织区域，借助于扫描电镜及能谱分析，概括出前三区组织特征及成因。     

SiCp/6066Al复合材料的制备工艺研究

重点探讨了一种制备SiCp／6066Al复合材料的新工艺，即高能球磨法与粉末冶金技术相结合，采用低温长时分段式烧结和低温快速热挤压工艺成功制备了高性能的10%SiCp／6066Al复合材料．研究了材料的微观组织结构和力学性能．材料的平均屈服强度、抗拉强度、延伸率与工艺相同但采用高温短时烧结相比，分别提高了82％，65％和300％．采用高能球磨法混料和低温快速热挤压工艺相结合，是实现增强体颗粒均匀分布的最有效方法。     

亚微米SiCp/Al复合材料的磨损性能

以亚微米级（130nm）SiCp和100—200目（149—75μm）Al粉为原料,采用冷压烧结和热挤压方法制备出不同体积分数的微米SiCp增强Al基复合材料,并在油润滑条件下,对其滑动磨擦特性进行了研究．结果表明i在较高载荷下,体积分数为1．5％和5．0％的SiCp／Al基复合材料具有优异的滑动磨损抗力,且随SiCp含量增加,复合材料的耐磨性能提高,耐磨性可迭市售挤压态锡青铜QSn6．5—0．4的1．21和4．06倍、纯Al的1．10和3．66倍;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＋孔隙＋尺寸适中、近球状、弥散分布SiCp的理想耐磨减摩组织．     

SiCp/Al MMCs等离子弧原位焊接接头组织与性能

通过填充Ti,N元素对SiCp／Al基复合材料（SiCp／Al MMCs）进行等离子弧原位焊接,分析了焊缝的组织和力学性能．以氩、氮混合气体为离子气,0．8mm厚钛片作为原位合金化材料进行原位焊接,不仅抑制了脆性相的形成,而且在焊缝中形成了TiN,TiC等新的增强相,保证了焊接接头的性能．力学性能试验结果表明,不加填充材料焊接时,试样拉伸强度仅为母材强度的31．24％;进行原位焊接时,试样强度达到母材强度的50．89％．断口主要表现为混合型脆性断口．     

Ti-Mg对SiCp/Al复合材料等离子弧原位焊接性能的影响

为分析SiCp/Al基复合材料的焊接性,以Ti-Mg混合粉末作为填充材料,采用氮氩混合等离子气体对SiCp/Al基复合材料进行等离子弧原位焊接.结果表明,填充Ti-Mg混合粉末进行等离子弧原位焊接时接头组织致密,结合较好,焊缝组织中生成了新的增强颗粒,未发现明显的针状相,从而有效地提高了接头的力学性能.力学性能试验表明,采用Ti-Mg混合粉末进行等离子弧原位焊接所获得的最大拉伸强度为204.7 MPa.此外还探讨了Mg在等离子弧原位焊接中的作用.     

2024Al/Gr/SiCp复合材料耐热性能研究

研究了采用真空热压法制备的2024Al/Gr/SiC_p复合材料高温拉伸性能及长时间热暴露后的室温力学性能,同时对拉伸断口进行分析,探讨了SiC颗粒和石墨对材料耐热性能的影响.结果表明:2024基体合金和2024Al/Gr/SiC_p复合材料在200℃及以下热暴露时,复合材料的强度下降幅度较小,但基体合金的强度下降幅度明显比复合材料的大,这与增强相SiC颗粒与石墨提高了材料的耐热性能有关.在300℃热暴露条件下,2024基体合金和2024Al/Gr/SiC_p复合材料的力学性能快速下降.2024Al及其复合材料的高温拉伸性能随拉伸温度升高而下降,在200℃及以下温度抗拉强度较好,250℃及以上温度抗拉强度快速下降.高温拉伸和热暴露处理后的2024铝合金基体的断裂机制为韧性断裂,2024Al/Gr/SiC_p复合材料的断裂机制为基体韧性断裂及石墨断裂、SiC颗粒与界面分离的混合断裂机制.     

Ti-Mg对SiCp/Al复合材料等离子弧原位焊接性能的影响

为分析SiCp/Al基复合材料的焊接性,以Ti-Mg混合粉末作为填充材料,采用氮氩混合等离子气体对SiCp/Al基复合材料进行等离子弧原位焊接.结果表明,填充Ti-Mg混合粉末进行等离子弧原位焊接时接头组织致密,结合较好,焊缝组织中生成了新的增强颗粒,未发现明显的针状相,从而有效地提高了接头的力学性能.力学性能试验表明,采用Ti-Mg混合粉末进行等离子弧原位焊接所获得的最大拉伸强度为204.7 MPa.此外还探讨了Mg在等离子弧原位焊接中的作用.     

SiCp/6066铝基复合材料铸态组织和性能

采用高能球磨法 ,在SiCp 表面上部分包覆TiO2 ,再通过液态搅拌法 ,制备了SiCp/ 60 66复合材料 .利用X射线衍射分析及SEM能谱分析 ,测定了SiCp 与TiO2 粉末的混合情况 ,采用光学显微镜观察了材料铸态下的显微组织 .结果表明 ,高能球磨可以使TiO2 部分包覆SiCp,并有利于SiCp 在铝液中分散 ,SiCp/ 60 66合金铸态时的强度有显著提高 .但固 /液界面前热力场分布、冷却速度等因素对SiCp 颗粒在合金中最终分布情况有很大影响     

SiCp/ZA22复合材料组织的研究

对含10％～15％（Vol），10～20μmSiC颗粒增强ZA22基复合材料铸态和挤压态的组织、SiC分布特征进行了比较分析，为SiCp／ZA22进一步的研究，应用提供了理论依据及实践指导。     

颗粒失效对SiCp/Al复合材料强度的影响

建立复合材料屈服强度综合模型用于分析研究增强颗粒断裂和基体与颗粒的界面脱粘对SiCp／Al复合材料强度的影响;用Eshelby等效夹杂理论分析SiCp/Al复合材料受载时作用在SiC颗粒上的应力,并假设SiC颗粒失效符合Weibull分布,在综合考虑复合材料各种强化机制的基础上引入颗粒断裂和界面脱粘对材料屈服强度的影响,建立SiCp／Al复合材料的屈服强度模型并对模型进行解析。研究结果表明：SiCp/Al复合材料屈服强度随着SiC颗粒含量增加而增加;当颗粒粒度为微米级时,屈服强度随着粒度的减小而增加;在屈服状态下,当颗粒粒度较小时,复合材料的颗粒失效以界面脱粘为主;随着粒度的增大,颗粒的断裂分数迅速增大,颗粒失效则转变为由颗粒断裂和界面脱粘共同控制。     

6066Al/SiC_p复合材料的组织特征与阻尼性能

研究了经制粉→混料→真空抽气→热挤压工艺制备的 6 0 6 6Al SiCp 复合材料的组织特征与阻尼性能 .复合材料的阻尼特征通过动态机械热分析仪 (DMTA)测量 ,得出了 2种不同SiC含量的 6 0 6 6Al SiCp 复合材料及 6 0 6 6Al合金在温度为 30～ 2 5 0℃ ,频率为 0 .1,1,10和 30Hz时的阻尼值 .利用扫描电镜、光学显微镜对复合材料组织特征进行了分析 ,根据组织特征及阻尼数据对复合材料的阻尼机制进行了讨论 .结果表明 :将 2～ 3μm的SiC颗粒加入6 0 6 6Al中 ,当SiC含量为 7% (体积分数 )时 ,增强的SiC颗粒分布较均匀 ,与基体结合良好 ;当SiC含量为 12 %时 ,SiC易聚集成团 .少量SiC能明显提高 6 0 6 6Al的阻尼能力 ,尤其是高温阻尼性能 ;6 0 6 6Al SiCp 复合材料的高阻尼性能主要是SiC颗粒加入后使位错密度大大增加 ,基体晶界及基体与SiC颗粒界面的存在使材料在循环载荷下消耗能量所致 .     

CeO2对 SiCp/Al-Si 复合材料组织及性能的影响

采用粉末冶金法制备 SiCp ／Al-Si 复合材料,以 CeO2为变质剂,制备含 CeO2的 SiCp ／Al-Si 复合材料。研究 CeO2的添加量（质量分数）对复合材料组织和力学性能的影响,探讨复合材料中 CeO2在烧结过程中的作用机理。研究结果表明：添加 CeO2可以有效提高复合材料的致密度和室温拉伸性能,复合材料的致密度和室温拉伸性能随 CeO2添加量（质量分数：0％～1．80％）的增加先升高后降低,在 CeO2的添加量（质量分数）为0．60％时出现峰值。随着 CeO2添加量的增加,CeO2颗粒发生集聚长大。当稀土添加量（质量分数）为0.60％时,变质效果最好。此时,硅相的平均尺寸最小且形态明显球化,硅颗粒的平均直径从7μm 下降到5μm以下。     

CeO_2对SiCp/Al-Si复合材料组织及性能的影响

采用粉末冶金法制备SiCp/Al-Si复合材料,以CeO2为变质剂,制备含CeO2的SiCp/Al-Si复合材料。研究CeO2的添加量(质量分数)对复合材料组织和力学性能的影响,探讨复合材料中CeO2在烧结过程中的作用机理。研究结果表明:添加CeO2可以有效提高复合材料的致密度和室温拉伸性能,复合材料的致密度和室温拉伸性能随CeO2添加量(质量分数:0%~1.80%)的增加先升高后降低,在CeO2的添加量(质量分数)为0.60%时出现峰值。随着CeO2添加量的增加,CeO2颗粒发生集聚长大。当稀土添加量(质量分数)为0.60%时,变质效果最好。此时,硅相的平均尺寸最小且形态明显球化,硅颗粒的平均直径从7μm下降到5μm以下。     

伪半固态挤压成形制备高体积分数SiCp/Al复合材料的性能

采用伪半固态挤压工艺制备SiC体积分数为40%、50%、65%的SiCp/Al复合材料,并对其微观组织和性能进行研究.结果表明:制备的高体积分数SiCp/Al复合材料中SiC颗粒分布均匀,铝合金填充在SiC缝隙中,形成致密组织.Mg和SiO2均能改善SiC颗粒与Al的界面润湿性,增加界面结合强度.所制得的φ(SiC)=65%的复合材料密度为3.11g/cm3,表面硬度为HB 108.5,抗折强度302.1 MPa,热膨胀率低于5.6×10-6/K,热导率为74 W/(m·K);SiC与Al基体界面的破坏以脱粘机制为主.     

Si对无压浸渗SiCp/Al复合材料显微组织与热导率的影响

研究了Al-8Mg基体中添加Si对无压浸渗SiCp/Al复合材料显微组织和热导率的影响.结果表明,Si能够改善Al与SiC的润湿性,减少复合材料孔隙度,抑制界面反应,提高相对密度.不含Si时,Al与SiC界面反应严重,并且润湿性较差,导致复合材料的热导率和相对密度较低;当基体中添加质量分数12%的Si时,界面反应受到完全抑制,热导率取得最大值;进一步提高基体中Si含量,由于铝基体的热导率随Si含量的增加而降低,导致复合材料的热导率也随之降低.     

SiCp/Al复合材料的高速铣削试验与表面缺陷研究

金属基复合材料(MMCs),特别是颗粒增强铝基复合材料(PRAMCs)因其良好的综合性能具有广阔的应用前景,但其难切削性限制了进一步发展与应用。通过实验:采用PCD刀具、在不同切削条件下对高体分Si Cp/Al复合材料进行高速铣削。探讨了铣削速度、进给量、切削深度对表面完整性(表面粗糙度、表面残余应力和表面形态)的影响,并且建立了高速铣削时的表面粗糙度和表面残余应力预测模型。为铝基复合材料的相似高速切削提供了实例参考和理论依据。