喷射沉积颗粒增强铝基复合材料显微组织调控与强韧化机制的研究现状

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多尺度双结构Al3Ti颗粒增强铝基复合材料的制备及其强韧化机理

多尺度双结构Al3Ti颗粒增强铝基复合材料的制备及其强韧化机理多尺度双结构Al3Ti颗粒增强铝基复合材料的制备及其强韧化机理摘要：随着材料科学技术的不断发展，铝基复合材料受到了广泛关注。

本文以铝为基体，采用多尺度双结构Al3Ti颗粒增强技术制备了铝基复合材料，并研究了其强韧化机理。

通过SEM、TEM、XRD等手段对制备材料的微观结构进行了表征，并对其力学性能进行了测试。

结果显示，多尺度双结构Al3Ti颗粒增强铝基复合材料具有优异的强度和韧性，具备广阔的应用前景。

关键词：复合材料；Al3Ti颗粒；多尺度结构；强韧化机理1. 引言铝及其合金是重要的结构材料，在航空航天、汽车制造、电子设备等领域有广泛应用。

然而，纯铝的力学性能有限，不适合于高强度和高刚度的要求。

为了提高铝材料的力学性能，研究人员提出了多种增强方法，其中包括颗粒增强、纤维增强等。

2. 实验方法本实验所使用的原料包括纯铝粉、TiH2粉末和纳米Al3Ti颗粒。

首先，将纯铝粉和TiH2粉末按一定比例混合，并在氩气保护下进行球磨。

然后将球磨后的混合粉末与纳米Al3Ti颗粒进行干法混合，并在精细球磨机中继续球磨。

最后，将球磨后的混合粉末放入真空感应熔炼炉中，在熔炼温度下进行熔炼，得到Al3Ti颗粒分散均匀的铝基复合材料。

3. 结果与讨论通过SEM和TEM观察，发现制备的铝基复合材料中Al3Ti颗粒分布均匀，呈现多尺度双结构。

XRD分析结果显示，Al3Ti颗粒的晶体结构与单晶体相同。

力学性能测试表明，多尺度双结构Al3Ti颗粒增强铝基复合材料具有优异的强度和韧性。

其强韧化机理主要包括以下几个方面：3.1 Al3Ti颗粒的强化效应Al3Ti颗粒在铝基复合材料中具有很高的强化效应。

其颗粒形态可以有效阻碍晶体的滑移和蠕化，提高材料的塑性变形能力。

3.2 多尺度结构的协同效应本实验中采用了多尺度结构的Al3Ti颗粒增强技术，通过控制颗粒大小和分布范围，能够有效提高材料的综合力学性能。

颗粒增强铝基复合材料的研究与进展

ｌ２４ｌ２２
颗粒利用率低
ｌ１
轧制件
工艺复杂润湿性好燃气涡轮机；热交换机；耐热
增强体分布均匀元件；切削工具
即得到所需的复合材料。用该方法制备的颗粒与铝基体之于形状和尺寸都不相同的各种颗粒，对于颗粒增强铝基复合材料的浇注，间的润湿性好，粒子分布均匀，且制备设备简单，成本低廉，能够大可设计性有了很大的提高。同时，粉末冶金法存在不少独特的优点，规模生产。现在，成熟的半固态搅拌铸造法主要应用于微米级颗粒，制备的复合材料颗粒分布均匀、组织细密，不易出现偏析和偏聚；烧对于亚微米级和纳米级颗粒，搅拌铸造法还比较难控制其在铝液中结温度比金属的熔点低，减轻了界面之间的反应，减少了化合物的此方法金属液处于半固态，粘度比较大，易形生成，提高了产品的精度。在航天领域，英国航天金属基复合材料公的均匀分布㈣。同时，成团聚现象，导致复合材料的相关性能降低。齐海波等采用半固态司（ＡＭＣ）采用高能球磨粉末冶金法成功研制出碳化硅颗粒增强铝搅拌挤压铸造方法制备出ＳｉＣ复合材料制动盘，与传统ＨＴ２５０铸铁基（２００９／ＳｉＣ／１５ｐ）复合材料，用此材料制造的直升机旋翼系统连接该新型制动盘热膨胀系数更小、导热性能更好、质量也用模锻件已成功应用于欧直公司生产的新型直升机旋翼上。该材料制动盘相比，不仅延长了制动盘的使用周期，也节约了成本㈣。与铝合金相比，弹性模量提高约４０％，构建刚度提高约３０％，寿命提更轻，

颗粒增强铝基复合材料的研究

颗粒增强铝基复合材料的研究某某：陈云班级：10161201 学号：1016120118【摘要】本文简要介绍了常见的几种颗粒增强铝基复合材料的增强颗粒和性质，以与颗粒增强铝基复合材料的制备方法和应用。

【关键词】颗粒增强铝基复合材料碳化硅氧化铝碳化钛石墨粉末冶金原位反响合成0 前言金属基复合材料是以金属与其合金为基体，与一种或几种金属或非金属增强相人工结合成的复合材料。

铝基复合材料是金属基复合材料的一种，按照增强体形式不同可以分为长纤维增强铝基复合材料，短纤维增强铝基复合材料，晶须增强铝基复合材料与颗粒增强铝基复合材料。

颗粒增强铝基复合材料的增强颗粒克制了制备过程中出现的纤维损伤，微观组织不均匀，纤维与纤维相互接触，反响带过大等影响材料性能的缺点。

同时，颗粒增强铝基复合材料制备本钱低廉，回收性和再利用性好，使其在各个领域都具有广泛应用。

因此，本文将简要介绍颗粒增强铝基复合材料的局部相关内容。

1 颗粒增强铝基复合材料颗粒增强铝基复合材料具有密度小，比强度、比刚度高，剪切强度高，热膨胀系数低，热稳定性和导热、导电性能良好，以与抗磨耐磨性能和耐有机液体和溶剂侵蚀优良等一系列优点。

颗粒的增强主要是弥散强化，颗粒越小，弥散强化的效果越好，材料的性能也就越佳。

颗粒增强铝基复合材料增强体的选择要求颗粒在基体中高度弥散均匀分散，尺寸大小要适度，与基体间要有一定粘结作用，而且它们之间各方面都要相匹配。

常见的增强颗粒有：碳化硅、碳化钛、氧化铝和石墨颗粒。

1.1 碳化硅颗粒增强铝基复合材料碳化硅颗粒增强铝基(/Al)复合材料是一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料，它是用碳化硅颗粒作为增强体，采用铝或铝合金作基体，按设计要求，以一定形式、比例和分布状态，构成有明显界面的多组相复合材料。

通过改变碳化硅颗粒在复合材料中的含量，可以对材料的性能进展调整。

一般随碳化硅体积含量的增加，复合材料强度增加，塑性下降。

按SiC含量不同可将/Al复合材料的功能特性分为三类：SiC含量<20％，被用作结构级复合材料；SiC含量在35％～50％间，被用作光学仪表与功能级复合材料：SiC含量50％--80％，被用作电子级复合材料。

喷射沉积铝合金材料研究现状与发展趋势_马力

图1Osprey 喷射沉积制备盘或棒示意图Fig.1Scheme of Osprey spray -forming machine formanufacturing disc and bar在线参数喷嘴直径雾化气体类型雾化器结构沉积器几何结构雾化沉积沉积器预设参数喷射熔融金属1熔融金属过热度2金属流量3气体压强4射流运动状态5喷射高度6沉积器运动状态喷射沉积技术作为快速凝固技术领域的一个新的发展方向，迄今已经有近30多年的历史。

其研究起因是为了解决快速凝固—粉末冶金（RS/PM ）工艺中存在的种种问题，如无法制备大型的构件，以及粉末冶金工艺固有的材料含氧高、成本高的缺点。

喷射沉积技术概念最初由英国Swansea 大学的A ·Singer 教授于1968年最先提出喷射雾化轧制工艺，即把熔融的金属雾化喷射到一旋转沉积辊上，并直接将沉积坯料旋转到轧机加工成板材［1］。

随后，Swansea 大学的研究者成立Osprey 金属公司，致力于把喷射沉积技术商用化，与英国Oxford 大学、Swansea 大学合作进行喷射沉积机理方面的研究，主要研究雾化与凝固数学模型［2］，并以此理论模型结合Singer 教授的雾化器技术，最终提出Osprey TM 工艺。

该工艺是将熔融金属流利用高压惰性气体以103~105K 的冷却速度，雾化成半固/半液的糊状物沉积在一旋转的盘或管上，制成棒状、管状坯料［3］（见图1）。

与Osprey 工艺相对应，美国麻省理工学院的Grant 教授，采用拉乌尔喷嘴结构，把高压雾化气体加速到超音速，使得雾化液滴更细小。

该工艺称为超声气体雾化和液态动压实工艺（USGA-LDC 工艺）［4］，但该工艺的商业普及远不及Osprey 工艺。

1研究现状喷射沉积作为一项材料制备的新工艺，其技术研究方向目前基本分为3类，其一为工艺研究，主要通过数学分析方法进行喷射沉积过程中的传热、传质过程研究，对雾化、沉积等工艺过程提出数理模型，指导喷射沉积工艺技术的改进，为基础研究工作。

喷射成形颗粒增强金属基复合材料研究进展_司朝润_张贤杰_王俊彪

／图３ＴｉＢ３０ＡＳｉｌ复合材料的微观组织－２／３０ＡＳｉＦｉ３ＳＥＭｉｍａｅｏｆＴｉＢｌｃｏｍｏｓｉｔｅ－ｇｇｐ２增强颗粒直接引入法是将预制体合金制备和重熔过程结合，缩减了工艺过程，与重熔法类似也可以细化［４］采用外加法为外加法和原位生成法两种。Ｇｕｔａ等２ｐ成功制备了两种Ａ分别含有１体Ｌｉ基复合材料，ｌ０％（－体积分数）的Ｓ积分数）的石墨颗粒增强体；ｉＣ和５％（原位生成法中增强相是通过基体合金与活泼气体或固相颗粒发生化学反应生成的，由于增强颗粒在液相中反应生成，可以避免发生界面反应。预混喷射成形可以在一定程度上实现增强颗粒在基体中的均匀分布，其缺点也相当明显。外加法成形过程中增强相颗粒与高温熔融状态基体合金接触时间较长极易发生界面反应生成第三相成分，降低基体材
图２增强颗粒直接引入法基本原理ｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｒａｍｏｆａｒｔｉｃｕｌａｔｅｒｅｍｉｘｅｄＦｉ２Ｓｇｐｐｇｓｒａｆｏｒｍｉｎｐｙｇ预制体重熔法制备颗粒增强金属基复合材料根据增强颗粒产生的方式可以细化为外加法和原位生成法，其中前者是将现成的增强颗粒与基体合金混合得到喷射成形的母体合金，而后者是在基体合金中根据一定的化学反应生成增强相颗粒。将ＫＢＦｉＦＧａｎ等２Ｔ６和Ｋ４混合物在加入通过如下化学反应８５０ ℃ 的熔融纯铝中，

颗粒增强铝基复合材料的研究

ＷＡＮＧＱｉｕｌｉｎ，ＺＨＵＪｉｎｂｏ２，ＭＥＮＺｈｅｎｇｘｉｎｇ￣，ＭＡＹａｘｉｎ４，ＸＵＲｕｔａｏ５（１．２．３．４．５．ＣｈｅｎｇｄｕＡｅｏｎｒａｕｔｉｃＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１０１００，Ｃｈｉｎａ）
颗粒增强铝基复合材料（ＰＲＡＭＣｓ）以铝或铝
此，在选择复合材料的基体材料时应充分考虑该牌
号的铝或铝合金自身的性能对复合材料的影响。工业纯铝的密度小，导电导热性好，无磁性，耐腐蚀性好，强度低，塑性好。一般用来做导线、隔热滤波等。若需制备导电性好、导热性好，而对强度
成都航空职业技术学院学报
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｅｎｇｄｕＡｅｒｏｎａｕｔｉｃＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ
２０１７年６月第２期（总第１１１期）
Ｖｏ１．３３Ｎｏ．２（ＳｅｉｆｄＮｏ．１１１）２０１７
ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｉｓｐａｐｅｒｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｔｈｅｂａｓｉｓｍａｔｅｉａｒｌｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｌｕａｍｉｎｕｍｍａｔｉｘｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ｔｈｅｔｙｐｅｓａｎｄ

喷射沉积Al-3.3Fe-10.7Si合金的组织、韧性及内耗性能研究

喷射沉积A l一3．3Fe-10．7Si合金的组织、韧性及内耗性能研究／罗兵辉等439喷射沉积A I一3．3Fe-10．7Si合金的组织、韧性及内耗性能研究罗兵辉，高健华，柏振海(中南大学材料科学与工程学院，长沙410083)摘要利用喷射沉积工艺制备A1-3．3Fe-10．7S i合金坯，经挤压制成试样。

研究了合金组织、韧性及内耗行为，得出该合金在60～250℃温度范围产生的内耗峰，是由于晶界滑动弛豫引起的，弛豫过程激活能为172．2kJ／t ool。

在内耗峰位置晶界滑动消耗部分振动能，舍金韧性在此处出现极大值。

关键词喷射沉积A l-3．3Fe-10．7S i合金韧性内耗中图分类号：TG l l3．22+6S t udy of M i cr ost r uct ur e，D uct i l i t y a nd I nt ernal Fr i ct i on of Spr a y-depos i t edA I一3．3Fe-10．7S i A l l oyL U O B i nghui，G A O J i anhua，B A I Zhenghai(D e pa rt m e nt of M at er i a l s Sci ence a nd E ng i neer i ng，C ent r al Sou t h U ni ve r si t y，Changsha410083)A bst r act A1—3．3Fe-10．7Si al l o y i s exper i m ent al l y m ade w i t h sp r ay-depo si t e d ex t r us i on t e ch nol ogy．T he m i—cr ost r uct ur e。

duct i l i t y and i nt em a l f ri ct i o n of t he al l oy unde r ext r udi ng and i so t her m al ann eal i ng condi t i ons ar e i nve s t i—ga t e d．A ni nt erna】f r i ct i on pe a k i s obser ve d i n t he t em pe r a t ur e r ange of60～250℃i n t he pr e sent al l oy．The i nt er nal—f r ict ion pea k i s i n t r od uce d by gr ai n bounda ry r el axat i o n．T he pl ace of i nt em al-f r i ct i on peak s how s t he hi gh est ducti l i t yi n t he al l oy．T he r e ason of t he a lloy’S duct i l i t y e nha nc em e nt i s t hat gr ai n boundary s l i di ng depl e t es t he vi b r at i on en er g yat t h i s i nt ernal-f r i ct i on pe a k pla c e,K ey w or ds spr ay-deposi t i on，AI-3．3Fe-10．7Si al l oy，duct i li t y，i nt er nal f ri ct i o n裂纹扩展能通过不同途径被阻止，如位错、相转变或其它耗能机制等。

颗粒增强铝基复合材料的研究

颗粒增强铝基复合材料的研究摘要：近年来，由于颗粒增强金属基复合材料具有显著的混合性能，通过粉末冶金工艺制备的颗粒增强金属基复合材料的应用范围不断扩大。

具体来说，金属基复合材料摩擦学性能的提高为其在汽车、航空航天等众多领域的应用铺平了道路。

这种金属基复合材料的加工方法越来越具有挑战性，因为需要先进的加工技术才能将纳米级的颗粒作为增强材料。

碳同素异形体（包括石墨烯和碳纳米管）是纳米范围内存在的唯一材料，用于增强纳米复合材料的各种性能。

然而，由于缺乏具体应用的加工技术，这类材料的开发还处于起步阶段。

这需要通过整合制作方法和加强选择和增加方法来满足工业需求。

基体和增强材料的加工工艺和界面粘结将决定构件的最终性能。

关键词：原位反应；铝基复合材料；微结构；塑性变形方式；搅拌摩擦加工一、颗粒增强铝基复合材料概述现代工程需要更轻、更坚固、更便宜的材料。

在使用性能要求广谱的要求，这是很难满足现有的单片材料。

金属基复合材料具有高耐热性、低热膨胀系数、高比强度、优异的耐磨性、良好的阻尼性、高耐腐蚀性和高比刚度等特性。

金属基复合材料包括大量由增强型、几何形状和矩阵定义的材料。

具有优异力学性能的轻质金属基复合材料已应用于结构工程。

金属基复合材料可以保持金属的优良性能而不损害整块金属的刚度和强度限制。

开发具有优异力学性能的新型轻质结构复合材料是提高航空航天或汽车应用能源效率的有效技术。

对于汽车应用，铝是一种常见的材料。

在增强方面，陶瓷基材料的使用是因为他们允许一个理想的组合强度，刚度，低密度，高强度重量比，优良的疲劳，蠕变和耐磨性。

增强相采用了Al2O3、SiC、TiC、TiO2、TiB2、B4C、石墨等多种增强材料。

铝、镁、铍、钛、镍、铁、银、钴等多种金属元素广泛应用于金属基复合材料中。

在这些金属材料中，铝基金属基复合材料的使用量最大。

填料颗粒被认为是利用作为增强剂的金属基复合材料的重量减少。

当基体载荷有效地转移到增强体上时，填料颗粒可以优化增强复合材料的强度和刚度。

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喷射沉积颗粒增强铝基复合材料显微组织调控与强韧化机制的
研究现状
郇昌宝;贺毅强;苏前航;任昌旭;丁云飞;冯文;穆昱学;刘勇;左立杰;尚峰;冯立超
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2022(36)S02
【摘要】喷射沉积颗粒增强铝基复合材料有着广阔的应用前景,但是因成形困难、强韧性低而使得应用受到限制,制备时控制热变形过程中的动态再结晶行为和揭示强韧化机制是关键。

本文综述了喷射沉积铝基复合材料的冶金结合情况,分析了导致强韧性降低的因素,认为通过旋球同步微变形能抑制沉积颗粒表面的氧化,使增强颗粒与基体结合紧密,并通过冶金结合调控增强颗粒的分布,优化材料的组织,实现梯度材料的制备;同时通过选择不同的增强颗粒得到不同的增强效果,针对性地提高强度、耐磨性等性能;通过显微组织调控(如层状结构、网状结构等)实现构型强韧化。

本文还展望了喷射沉积铝基复合材料的发展趋势,认为系统研究增强颗粒、组织构型和颗粒增强复合材料强韧性机制是进一步提升颗粒增强铝基复合材料综合性能的关键问题。

【总页数】6页(P294-299)
【作者】郇昌宝;贺毅强;苏前航;任昌旭;丁云飞;冯文;穆昱学;刘勇;左立杰;尚峰;冯立超
【作者单位】江苏海洋大学机械工程学院;江苏省海洋资源开发研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TG146.2
【相关文献】
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