微米级SiC颗粒对铝基复合材料拉伸性能与强化机制的影响_郝世明
《热变形SiC_p增强2024铝基复合材料的显微组织与力学性能》范文
《热变形SiC_p增强2024铝基复合材料的显微组织与力学性能》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，对于材料性能的要求越来越高。
在众多材料中，铝基复合材料因其优异的力学性能和良好的加工性能，得到了广泛的应用。
其中，SiC_p（硅碳化物颗粒）增强2024铝基复合材料因其高强度、高硬度、良好的耐热性和抗蠕变性等特性，在航空航天、汽车制造等领域具有广泛的应用前景。
本文将重点研究热变形SiC_p增强2024铝基复合材料的显微组织与力学性能。
二、材料制备与实验方法本实验采用热变形工艺制备SiC_p增强2024铝基复合材料。
首先，选用优质的2024铝合金作为基体，SiC颗粒作为增强相。
在熔炼过程中，将SiC颗粒均匀分布在铝合金中。
随后，经过铸造、轧制、热处理等工艺过程，得到所需尺寸和形状的复合材料。
为了研究其显微组织和力学性能，我们采用了光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等手段进行观察和分析。
同时，通过拉伸试验、硬度测试和疲劳试验等方法，对材料的力学性能进行评估。
三、显微组织分析1. 显微组织结构通过OM和SEM观察，我们发现SiC_p增强2024铝基复合材料具有典型的金属基复合材料结构。
SiC颗粒均匀分布在铝合金基体中，两者之间结合紧密，无明显界面反应。
此外，铝基体中还存在一定数量的晶界和亚晶结构。
2. 晶粒形貌与分布通过TEM观察，我们可以更清晰地看到晶粒的形貌和分布情况。
SiC颗粒的加入使得晶粒尺寸减小，晶界更加清晰。
同时，SiC颗粒对晶粒的生长起到了阻碍作用，使得晶粒分布更加均匀。
四、力学性能分析1. 拉伸性能实验结果表明，SiC_p增强2024铝基复合材料具有较高的拉伸强度和延伸率。
这主要得益于SiC颗粒的加入使得材料在受力过程中能够更好地传递应力，从而提高材料的拉伸性能。
此外，热处理工艺也能显著提高材料的拉伸性能。
2. 硬度性能该复合材料的硬度明显高于纯2024铝合金。
SiC颗粒增强铝基复合材料制备工艺及性能研究中期报告
SiC颗粒增强铝基复合材料制备工艺及性能研究中期
报告
中期报告主要介绍了SiC颗粒增强铝基复合材料的制备工艺和性能研究的进展情况。
具体内容如下：
1. 研究背景和意义
本文研究的是SiC颗粒增强铝基复合材料，这种材料因其轻质、高强度、高刚性、耐腐蚀等特点被广泛应用于航空、汽车、船舶等领域。
通过研究该材料的制备工艺和性能，可以提高材料的性能，为材料的应用提供支持。
2. 研究方法
本文首先使用球磨机对铝粉和SiC颗粒进行混合，然后采用压力机将混合物压制成坯料，最后通过热压烧结技术制备铝基复合材料。
对制备过程中的参数进行了系统的优化，研究了不同加热温度、保温时间、加压力度等对材料性能的影响。
3. 成果与分析
经过优化，最终制备出了质量稳定的SiC颗粒增强铝基复合材料，并对其力学性能和热性能进行了测试。
结果表明，SiC颗粒增强铝基复合材料的力学性能和热性能均显著优于纯铝材料，其中强度和硬度分别提高了40%和60%以上。
4. 存在的问题和展望
目前研究中存在一些问题，例如坯料压制不够均匀、材料中存在气孔等。
未来将着重优化制备工艺，提高材料的性能，并探索材料在不同应力条件下的性能表现。
总之，本文研究了SiC颗粒增强铝基复合材料的制备工艺和性能，为该材料的应用提供了基础性支持。
SiC颗粒增强铝基复合材料拉伸性能的研究
SiC颗粒增强铝基复合材料拉伸性能的研究徐国智，郭威帅，张 鹏（沈阳理工大学，辽宁 沈阳 １１０１６８）摘 要：研究了颗粒增强铝基复合材料的室温拉伸性能与断裂机理。
结果表明，由于材料变形的区域化及残余应力的存在，使应用传统的测量均匀材料强度的方法来测量颗粒增强金属基复合材料（ＰＲＭＭＣｓ）强度会产生一定的误差。
断口分析显示，ＰＲＭＭＣｓ的断裂也属于ＭＮＧ断裂模式。
关键词：复合材料；力学性能；断裂；中图分类号：ＴＢ３３３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０１６）１９－０１８４－２Study on tensile properties of SiC Particles Reinforced Aluminum Matrix CompositesXU Guo-zhi,GUO Wei-shuai,ZHANG Peng（Ｓｈｅｎｇｙａｎｇ ｌｉｇｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１０１６８，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｔｅｎｓｉｌｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｂａｓｅｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ， ｄｕｅ ｔｏ ｒｅｇｉｏｎａｌ ａｎｄ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｔｒｅｓｓ， ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ｔｈｅ ｕｎｉｆｏｒｍ ｍａｔｅｒｉａｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｍｅｔａｌ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ （ＰＲＭＭＣｓ） ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｗｉｌｌ ｐｒｏｄｕｃｅ ｃｅｒｔａｉｎ ｅｒｒｏｒ． Ｆｒａｃｔｕｒｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｏｆ ＭＮＧ ａｌｓｏ ｂｅｌｏｎｇｓ ｔｏ ｔｈｅ ＰＲＭＭＣｓ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｍｏｄｅ．Keywords: ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ； ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ； ｆｒａｃｔｕｒｅ；颗粒增强金属基复合材料(PRMMCs)自身的特点是优良的耐磨性，比刚度、比强度高以及重量轻等，被很大一部分人看作是一种相对理想的结构材料,以至于在汽车工业、航空工业上扮演了至关重要的角色。
30_SiC_p_2024A1复合材料的热变形行为及加工图_郝世明
摘
要： 采用 Gleeble-1500 热模拟试验机， 对 30%SiCp/2024A1 复合材料在温度为 350～500 ℃、 应变速率为 0.01～
Fig.1 图1 30%SiCp/2024A1 混合粉末(a) 及其热压锭(b)的显微组织 Micro-morphologies of blended 30% SiCp/2024Al powder (a) and hot pressed 30% SiCp/2024Al composite material (b)
材料有明显的稳态流变特征。变形开始阶段应力随应 变增大而增大，出现明显的峰值应力，随后应力降低 然后保持恒值，形成稳态流变，这是典型的动态再结 晶类型。在同一应变速率下，流变应力先随应变增加 而迅速升高，稳态流变应力随变形温度升高而降低； 在同一变形温度下， 流变应力随应变速率增大而增大， 说明该合金具有正的应变速率敏感性，即应变速率越 大，或温度越低，则复合材料达到稳态变形越困难， 由图 2(a)可见当应变速率为 10 s 时，合金在 400 ℃ 以上温度变形的应力−应变曲线出现明显的连续波浪 峰。这些现象与材料发生的动态软化过程有关。 2.2 复合材料本构方程的建立 基于热模拟试验获得的真应力−真应变数据，取 相应的应变速率和温度条件下的真实峰值应力来建立 本构方程。热变形过程中，流变应力( )和应变速率
−1
10 s 条件下进行热压缩试验，研究该合金的热变形行为与热加工特征，建立热变形本构方程和加工图。结果表 明，30%SiCp/2024A1 复合材料的流变应力随温度升高而降低，随应变速率增大而升高，说明该复合材料是 1 个 正应变速率敏感的材料，其热压缩变形时的流变应力可采用 Zener-Hollomon 参数的双曲正弦形式来描述，在实验 条件下平均热变形激活能 Q 为 334.368 kJ/mol。 热加工图表明 30%SiCp/2024Al 复合材料最适合加工的条件是变形 温度为 500 ℃，应变速率为 0.01 s−1 关键词：本构方程；热变形；金属基复合材料；加工图 中图分类号：TB333 文献标识码：A 文章编号：1673-0224(2014)1-1-07
纳米SiC颗粒增强铝基复合材料的拉伸性能
收稿日期:2004-09-16基金项目:教育部跨世纪优秀人才培养计划项目;国家自然科学基金资助项目(50474084;辽宁省科技计划项目(2004221010・作者简介:贺春林(1964-,男,辽宁葫芦岛人,东北大学博士后研究人员,沈阳大学教授;刘常升(1963-,男,内蒙古奈曼旗人,东北大学教授,博士生导师;孙旭东(1961-,男,吉林磐石人,东北大学教授,博士生导师;才庆魁(1944-,男,黑龙江绥化人,沈阳大学教授,博士生导师・第26卷第6期2005年6月东北大学学报(自然科学版Journal of Northeastern University (Natural Science Vol .26,No .6Jun .2005文章编号:1005-3026(200506-0554-04纳米SiC 颗粒增强铝基复合材料的拉伸性能贺春林1,刘常升1,孙旭东1,才庆魁2(1.东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳110004;2.沈阳大学材料科学与工程系,辽宁沈阳110044摘要:用粉末冶金法制备了纳米SiC 颗粒增强纯Al 基复合材料(Al MMCs ,对该材料的微观结构和拉伸性能进行了研究・结果表明,纳米SiC 颗粒在含量很少时即对Al 有明显的强化作用,此时,纳米颗粒在基体中的分散比较均匀;当含量较高时则纳米颗粒易于团聚,团聚会使SiC 颗粒对Al 的强化作用降低・纳米SiC 颗粒含量发生变化,SiC p /Al MMCs 的断裂机制也有所改变・关键词:Al ;纳米SiC 颗粒;金属基复合材料;结构;拉伸性能中图分类号:TB 331文献标识码:A颗粒增强铝金属基复合材料(Al MMCs 的性能与增强相的尺寸有很大关系,广泛使用的颗粒大都在3~30μm 之间・研究表明,增强相尺寸越小,则增强效果越好[1~3]・这是因为小颗粒不仅自身很少存在结构缺陷,而且其周围还具有更高的热错配位错密度[2~4]・也有人发现,0.15μm 的亚微米Al 2O 3颗粒增强Al MMCs 虽然具有较高的强度和塑性,但材料组织中不存在由热错配引起的位错,Al MMCs 的强化机制有所改变[5] ・纳米颗粒对Al 也表现出良好的强化作用[6,7],但因细小颗粒易于团聚,因而使其增强效果大为降低[7,8];而且,纳米颗粒的体积分数一般都很小(<3% [7,8],当体积分数达到5%时,已不能制备出合格的拉伸样品[8]・为了便于理论分析,本文拟采用纯Al 为基体,选取纳米级SiC 颗粒为增强体,对Al MMCs 的拉伸性能、组织结构进行研究,并对复合材料的增强机制进行探讨・1实验材料与方法1.1纳米SiC p /Al MMCs 的制备本实验所用的基体原料为惰性气体雾化纯铝粉,Al 粉平均粒度为6μm ,纯度为99.9%・增强相SiC 粉由激光诱导化学气相沉积法制备,平均尺寸为25nm ,纯度为98%~99%,为β晶型・纳米SiC 粉体在具有较好分散性的丙酮和异丙醇混合液中超声波分散30min 后,立即将其倒入装有钢球和铝粉的球磨罐中,并用行星式球磨机进行湿混,球磨机转速为130~160r /min ,球磨时间为8h ・球磨后的粉体,于真空干燥箱中干燥・为了比较,纯Al 也经过相同的球磨湿混过程・球磨混合粉经过冷压成型,真空除气处理和630℃,10-3Pa 条件下真空热压40min 后,即制得相对密度达90%以上的坯锭・烧结坯锭经机加工后,封装于工业纯铝的包套内,于420℃进行热挤,挤压比为40∶1,挤出的复合材料直径为14mm 的棒材・1.2纳米SiC p /Al MMCs 的拉伸试验试样由经过挤压的棒材车削加工而成,轴向与挤压方向平行・标距长度和直径分别为40mm 和8mm ・在电子拉伸试验机上进行拉伸实验,应变速率为4.17×10-4s -1・1.3纳米SiC p /Al MMCs 的拉伸断口和组织观察对拉伸断口进行SEM 观察,以确定复合材料的微观断裂机制・取SiC p /Al MMCs 纵断面,在SEM 下观察微观组织结构・2实验结果2.1纳米SiC p /Al MMCs 组织SiC p (25nm /Al MMCs 在SiC 中的体积分数为1%时,分散性很好,没有团聚,但有些区域颗粒偏少(见图1a・由图可见,纳米颗粒沿挤压方向(图中箭头指向有规律地呈纵队排布・当SiC 体积分数提高至3%时,局部出现小的团聚(见图1b・继续提高至5%时,虽然一些区域颗粒分散较均匀,但大部分区域颗粒团聚非常明显,团聚体较大(见图1c・团聚体长轴沿挤压方向(图中箭头指向排列,类似于一个大颗粒的行为・然而,二者之间却有明显不同,大颗粒不能变形,只能作整体旋转使自己与轴向尽量取向一致;而团聚体因内部疏松,在挤压过程中,依靠其自身发生变形,使团聚体颗粒伸长,而不是通过整体旋转・可以预见,SiC的大量团聚会使MMCs的拉伸强度下降,塑性变差・图1不同体积分数的SiC p(25nm/Al MMCs SEM组织(箭头表示MMCs挤压方向Fig.1SEM images of microstructure of SiC p(25nm/Al MMCs with different volume fractions (a—φ(SiC p=1%,均匀分布;(b—φ(SiC p=3%,部分团聚;(c—φ(SiCp=5%,严重团聚・2.2SiC p/Al MMCs的拉伸断裂行为SiC p(25nm/Al MMCs和纯Al的拉伸性能见表1・由表1可见,纳米SiC颗粒对纯Al的增强效果明显・MMCs屈服强度和最大拉伸强度随SiC p含量的增加均线性增加・SiC p体积分数为1%,3%和5%的纳米SiC p/Al MMCs的屈服强度和最大拉伸强度较基体纯Al分别提高了7.7%, 11.8%,26.8%和8.3%,21.3%,30.6%・由于SiC含量较低,因纯Al颗粒表面的Al2O3而引起的MMCs强度变化,经计算发现可忽略不计・由表1还可看出,SiC p/Al MMCs延伸率随SiC p含量的增加明显降低・这主要是由于本研究所使用的超细颗粒极易发生团聚,当外应力作用时,裂纹优先在颗粒团聚处形核,并迅速长大・结果在较小的应变下,MMCs即发生断裂・可见,SiC p/Al MMCs的强度增加是以牺牲塑性为代价的,强度增加越高,塑性降低往往越大・表1复合材料的拉伸性能Table1Tensile properties of the composites材料σ0.2/MPaσb/MPaδ/%纳米SiC颗粒体积分数为1%,3%和5%的SiC p/Al MMCs的拉伸断口形貌见图2・由图2可见,纳米MMCs的断口上分布着尺寸不等的韧窝,说明断裂是通过微观延性断裂机制进行的・但纳米颗粒含量不同,断口形貌也不尽相同・图2不同体积分数的SiC p(25nm/Al MMCs拉伸断口形貌Fig.2SEM images of tensile fracture of SiC p(25nm/Al MMCs with different volume fractions(a—φ(SiC p=1%;(b—φ(SiC p=3%;(c—φ(SiC p=5%・体积分数为1%的纳米SiC p/Al MMCs的断口韧窝大小混合出现,在大的韧窝中分布几个圆形小韧窝,韧窝底部不见SiC颗粒,见图2a・大视场内也不见SiC团聚体,表明SiC颗粒分散较好・555第6期贺春林等:纳米SiC颗粒增强铝基复合材料的拉伸性能体积分数为3%的纳米SiC p/Al MMCs的断口韧窝尺寸明显较1%纳米MMCs 的小,韧窝也更浅,韧窝尺寸也更均匀,见图2b,在韧窝底部找不到SiC颗粒・由于纳米SiC颗粒细小,数量较大,又很少有明显大的团聚体,使得颗粒间基体的变形空间减小,界面上的三维约束力较高,因而导致韧窝较浅较小,并多数彼此分开,很少出现相互嵌套现象・但也可见局部有大韧窝出现,能谱分析确认此处多含SiC,为纳米SiC颗粒团聚体・在MMCs受拉应力时,团聚体颗粒垂直于应力轴方向开裂,形成大而浅的韧窝・从严格意义上说这些大“韧窝”可能不算韧窝,因为这更近于脆断・在大团聚的SiC颗粒中央处出现二次裂纹,说明团聚体疏松,而处于团聚SiC边缘的颗粒与Al 基体结合良好・因此,SiC 颗粒团聚体行为类似于一个具有临界裂纹尺寸的较大的SiC颗粒・纳米颗粒体积分数增至5%时的SiC p/Al MMCs的断口韧窝数目较多,且形状不规则・能谱分析确认,大韧窝由SiC团聚引起,在团聚SiC 中央常出现与断口垂直的二次裂纹,如图2c的中心处,说明团聚的SiC有利于大韧窝及二次裂纹形核・也发现韧窝中团聚SiC与基体结合良好,未发现界面撕脱现象,这表明Al MMCs的断裂首先从SiC团聚体开始・因此,5%纳米MMCs 的断口具有团聚SiC的脆断和基体的韧性断裂混合特征・这说明高含量的纳米颗粒对Al增强效果会因SiC的团聚而大打折扣・3结果讨论3.1SiC p/Al MMCs的屈服强度Orowan机制引起的材料强度增量可用式(1来预测[9]:Δσor=2Gb/λ・(1式中,λ为颗粒间距,b为Burgers矢量,G为剪模量,对纯Al,b=0.286nm,G=2.64×104MPa・假设增强相为等轴粒子,并以简立方形式均匀分布于基体中,则[7]λ=π6φ(SiC p(13d≈0.806φ(SiC p(-13・d・(23.2SiC p/Al MMCs的最大拉伸强度、延性和拉伸断口形貌纳米颗粒增强Al MMCs,因弥散强化作用,使其拉伸强度达到较高的值・但因SiC含量较高,细小颗粒不可避免地出现团聚现象・由于在Al MMCs压制压力和烧结温度下,SiC颗粒团聚体不能被压实,也不能实现烧结,所以,团聚体内部会存在大量细小的孔隙・当MMCs受力时,外力就会由基体通过结合良好的界面传递给这些大的团聚体,其结果因团聚体内部疏松的结构而在外应力较低时即率先开裂・于是其他未团聚区域受力骤然增加,引起MMCs的过早断裂・结果使MMCs的最大拉伸强度降低,塑性明显下降,断口特征为团聚体的脆性开裂,并有二次裂纹生成,而基体则后于团聚体发生韧性断裂,形成众多小韧窝・由此可见,团聚体对MMCs的拉伸性能的影响,类似于具有临界裂纹尺寸的大颗粒的行为[2,3]・4结论(1纳米SiC颗粒在含量很少时即对纯Al 有明显的强化作用,此时纳米SiC颗粒在基体中的分散比较均匀;当含量较高时则易于出现团聚,团聚会使SiC颗粒对Al的增强效果明显降低・(21%SiC p(25nm/Al MMCs断裂机制为基体的韧性断裂;而当体积分数达到5%时,Al MMCs断裂机制为基体的韧性断裂和SiC团聚体的脆性断裂・参考文献:[1]吕毓雄,毕敬,陈礼清,等・SiC p尺寸及其基体强度对铝基复合材料破坏机制的影响[J]・金属学报,1998,34(11:1188-1192・(L¨u Y X,Bi J,Chen L Q,et al.E ffects of p article size andmat rix strength on the failure mechanism of SiCpreinforce d aluminum matrix composit es[J].Acta Metal l Sin,1998,34(11:1188-1192.[2]Doel T J A,Bowen P.T ensile properties of part ic ula tereinforced met al matrix composites[J].Com posites Pa rt A,1996,27A(8:655-665.[3]Varma V K,Kamat S V,Kutumbarao V V.Tensilebe havior of powder me tallurgy processed(Al-Cu-Mg/SiC pcom posit es[J].M ater S ci Technol,2001,17(1:93-101.655东北大学学报(自然科学版第26卷[4]Arsen ault R J ,Shi N .Dislocation g eneration du e to differe nces between th e coefficients of ther mal expansion [J ].Mater Sci Eng ,1986,81(2:175-187.[5]武高辉,赵永春,马森林・亚微米级Al 2O 3颗粒增强L D 2铝合金复合材料的拉伸性能与强化机制[J ]・复合材料学报,1998,15(3:21-26・(Wu G H ,Zhao Y C ,Ma S L .Tensile properties and stre ngthening mecha nisms of LD 2Al alloy composit es reinforced wi th submicron Al 2O 3part iculat es [J ].Acta M ater Com p Sin ,1998,15(3:21-26.[6]M alch ere A ,Grosbras M ,Demenet J L ,et al .Study of an Al composi tes reinforced with nanometric SiC particles ,produced by mec hanical alloying [J ].M ater Sci Foru m ,1996,225-227:763-768.[7]M a Z Y ,Li Y L ,Liang Y ,et al .Na nometric Si 3N 4particulate -reinforced aluminum composi te [J ].M ater S ci E ng ,1996,A 219(2:229-231.[8]肖永亮・金属基复合材料的仿生愈合探讨及纳米SiC p /Al 与微米SiC p /Al 复合材料对比研究[D ]・沈阳:中国科学院金属研究所,1996.56-110・(Xiao Y L .Studies of mimic healing of met al matrix composites and n anosize SiC p /Al by comparison with micron SiC p /Al metal matrix composites[D ].Shenyang :Institut e of M etal Researc h ,Chinese Aca demy of Sciences ,1996.56-110.[9]Miller W S ,Humphreys F J .Strengthening mech anisms in part iculat e met al matrix composites [J ].Scr M etall Mater ,1991,25(1:33-39.[10]克莱因T W ,威瑟斯P J ・金属基复合材料导论[M ]・余永宁,房志刚译・北京:冶金工业出版社,1996,218-227・(Clyn e T W ,Wither P J .A n introduct ion to metal mat ri x composi tes [M ].T ranslate d by Yu Y N ,Fa ng Z G .Beijing :M etallurgical Industry Press ,1996.218-227.Tensile Properties of SiC Nanoparticle Reinforced Pure Aluminum Matrix CompositesHE Chun -lin 1,L IU Chang -sheng 1,SU N Xu -dong 1,CAI Qing -kui2(1.School of Materials &Metallurgy ,Northeastern University ,Shenyang 110004,China ;2.Depart ment of Materials Science and Engineering ,Shenyang University ,Shenyang 110044,China .Correspondent :HE Chun -lin ,professor ,E -mail :chunlinhe @hotmail .com Ab s tra ct :The SiC nanoparticle reinforced pure aluminum metal matrix composites (Al MMCs were prepared through a powder metallurgy technique .Their microstructures and tensile properties were investigated .The results showed that SiC nanoparticles enhance the strength of pure aluminium significantly even if their content is very low ,with the nanoparticles uniformly dispersed in the Al matrix .However ,when the content becomes higher ,the SiC nanoparticles are easily agglomerated to lower their strength enhancement effect on aluminum .The tensile fracture showed that the damage mechanism of the Al MMCs changes with the changing content of SiC nanoparticles .Ke y w o rd s :Al ;SiC nanoparticle ;metal matrix composite ;microstructure ;tensile property(Received September 16,2004待发表文章摘要预报浮游球衣菌的分离及其对铅离子的吸附性能秦玉春,关晓辉,魏德洲,沈岩柏利用改进后的菌种分离方法,从某污水中分离得到一菌株・研究了该菌株的菌落形态特征、菌株形态特征、生理生化特性、生长曲线、菌种保藏方法及其对Pb 2+的吸附特性・经研究确定该菌株为第十四群鞘细菌类(sheathed bacteria 球衣菌属(Sphaerotilus 浮游球衣菌(Sphaerotilus natans ・吸附实验结果表明:浮游球衣菌对Pb 2+有很好的吸附效果,在10min 内即可达到吸附平衡;在pH 值约为5.5,菌的质量浓度为0.6g /L ,铅离子初始质量浓度不大于20mg /L 时,Pb 2+去除率接近100%・微生物絮凝剂BS -5的筛选及其特性胡筱敏,董怡华,李亮从河水底泥中筛选出一株高效稳定的微生物絮凝剂产生菌BS -5・对该菌培养条件进行优化后,BS -5产生的絮凝剂对高岭土悬浮液的絮凝率可达97.5%・研究了微生物产生菌BS -5培养时间与其培养液絮凝性能的关系,培养液中絮凝活性的分布・以高岭土悬浮液为研究对象,考察了MBFBS -5的用量、pH 值对絮凝性能的影响和热稳定性能・结果表明,MBFBS -5具有培养时间短,用量小,pH 值应用范围广,热稳定性能高等优点・啤酒废水的净化处理结果表明,BS -5产生的絮凝剂具有良好的絮凝作用,COD Cr 去除率可达79.2%・755第6期贺春林等:纳米SiC 颗粒增强铝基复合材料的拉伸性能。
纳米SiC颗粒增强2024铝基复合材料的力学性能研究
由于 1 % n2SiCp/ 2024Al 中的纳米 SiC 具有大的
表面积 , 使它们和 2024 基体的结合界面多 , 纳米
SiC 颗粒对 2024 基体的约束作用更强 , 另外还由于
有小的颗粒间距 , 大量弥散分布的纳米 SiC 颗粒起
到了钉扎位错的作用 , 因而使材料的屈服强度显 著提高 。
L = (π6 φ) - 1/ 3 dm
(2)
其中 , L 是 增 强 粒 子 的 颗 粒 间 距 , φ 和 dm 同 式
(1) 。通过计算可知 , 1 % n2SiCp/ 2024Al 的 SiC 颗粒
间距是 1. 5μm , 而 15 %SiCp/ 2024Al 的颗粒间距是
15μm , 二者相差 10 倍 。
temperature
材料成分 1 % n2SiCp/ 2024Al
15 %SiCp/ 2024Al
状态 挤压 T4 挤压 T4
Rm/ MPa 360 570 320 565
Rp0. 2/ MPa 282 447 212 284
A/ % Z/ %
11 2310
10 1010
8
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SiCp尺寸对铝基复合材料拉伸性能和断裂机制的影响
第３８卷２００２年９月第９期１００６１００８贾仓扁学绞ＡＣＴＡＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＳＩＸＩＣＡＶ０１．３８Ｎｏ．９Ｓｅｐｔ．２００２ＰＰ．１００６１００８ＳｉＣｐ尺寸对铝基复合材料拉伸性能和断裂机制的影响＋肖伯律毕敬赵明久马宗义（中国科学院金属日工究所，沈阳１１００１６）摘要对粉末冶金法制备的不同尺寸ＳｉＣｐ增强铝基复合材料的拉伸性能进行了研究结果表明，小尺寸ＳｉＣＰ（＜７ｐｍ）复合材料断裂以界面处基体撕裂为丰，强度较高人尺寸ＳｉＣｌ，增强复台材料断裂以ＳｉＣＰ解理为主，强度较低，但坦性比小尺寸颗粒增强复台材料要高体积分数为１７％．尺寸为７ａｍ颗粒复合材料拍伸【生能最好关键词铝基复台材料，格｝熹冶金法，颗粒Ｒ寸，断裂机制中图法分类号ＴＢ３３３．ＴＧｌｌ３２５．ＴＦｌ２文献标识码Ａ文章编号０４１２—１９６１｛２００２）０９—１００６—０３ＥＦＦＥＣＴＳｏＦＳｉＣｐＳＩＺＥｏＮＴＥＮＳＩＬＥＰＲｏＰＥＲＴＹｏＦＡＬＵ—ＭＩＮＵＭＭＡＴＲＩＸＣｏＭＰｏＳＩＴＥＳＦＡＢＲＩＣＡＴＥＤＢＹＰｏＷＤＥＲＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬＭＥＴＨｏＤｘ¨ＯＢｏｌｉｉ．ＢＩ．１ｉｎｇ，ＺＨＡ０ＭｉｎｇＪ２“，ＭＡＺｏｎｇｙｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅｔａｌＲｅｓｅａｒｃｈＴｈｅＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１００１６Ｃ０７，ｒｅｓｐｏｎｄｅｎｔ：ＸＩＡ０Ｂｏｌｉｉ．Ｔｅｌ：ｆ０２五１２３８４３５３１，５５１７１．Ｆｏｚ：（ｏｚ４）２３８９１３２０．Ｅ－ｍａｉｌ：ｂｌｘｉａｏ＠ｌＴＭ·．ｎｃ．ｃｎＭａｎｕｓｃｒｉｐｔｒｅｃｅｉｖｅｄ２００１１２１９，ｉｎｒｅｖｉｓｅｄｆｏｒｍ２００２０４２６ＡＢＳＴＲＡＣＴＴｈｅａｌｎｍｉｎｉｕｍｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｒｅｉｎｆｏｒｅｅｄｂｙｔｈｅＳｉＣｐａｒｔｉｃｌｅｓｗｉｔｈｖａｒｉｏｕｓｓｉｚｅｓｗｅｒｅｆ＇ａｂｒｉｃａｔｅｄｖｉａｐｏｗｄｅｒｌｎｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ａｎｄｔｈｅｉｒｔｅｎｓｉｌｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｗｅｒｅｔｅｓｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｗｉｔｈｓｍａｌｌｐａｒｔｉｃｌｅ（＜７＃ｍ）ｐｏｓｓｅｓｓｈｉｇｈｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈ．ｔｈｅｉｒｂｒｅａｋａｇｅｉｓｄｕｅｔｏｔｅａｒｉｎｇｏｆｍａｔｒｉｘｎｅａｒｉｎｔｅｒｆａｃｅＴｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｉｔｈｌａｒｇｅｐａｒｔｉｃｌｅｐｏｓｓｅｓｓｌＯＷｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｔｈｅｉｒｆａｉｌｕｒｅｒｅｓｕｌｔｓｆｒｏｍｃｌｅａｖａｇｅｃｒａｃｋｏｆＳｉＣｐ，ｂｕｔｔｈｅｙｈａｖｅｈｉｇｈｅｒｐｌａｓｔｉｃｉｔｙｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｉｔｈｓｍａｌｌｐａｒｔｉｃｌｅＴｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｗｉｔｈｔ７％ＳｉＣｕ（７Ⅳｍ）ｈａｓｔｈｅｂｅｓｔｔｅｎｓｉｌｅｐｒｏｐｅｒｔｙＫＥＹＷｏＲＤＳａｌｕｍｉｎｕｍｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅ．ｐｏｗｄｅｒｍｅｔａｌｌｍ－ｇｙＳｉＣｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅ．ｆａｉｌｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｓｍ碳化硅颗粒增强铝基复合材料（ＳｉＣ。
SiC泡沫陶瓷／SiCp混杂增强Al基复合材料的性能
SiC泡沫陶瓷／SiCp混杂增强Al基复合材料的性能赵龙志;赵明娟;曹小明;张劲松【期刊名称】《特种铸造及有色合金》【年(卷),期】2008()1【摘要】以SiC泡沫陶瓷和SiC颗粒(7、15、20μm)为混合增强体,用挤压铸造法制备出SiC泡沫陶瓷/SiCp混杂增强Al基复合材料,研究了SiCp颗粒尺寸对复合材料压缩强度和弯曲性能的影响,以及金属基体的韧性对复合材料压缩行为的影响。
结果表明,随着SiC颗粒尺寸的增大,复合材料的压缩强度和弯曲强度降低,最大挠度减小,这是因为随着SiC颗粒尺寸的增大,颗粒间距随之增大,SiC颗粒的强度降低,使SiC颗粒的增强效果减弱。
随着基体韧性的提高,复合材料的塑性变形明显增大,但压缩强度和模量降低。
【总页数】4页(P50-53)【关键词】混合增强复合材料;颗粒尺寸;力学性能;基体韧性【作者】赵龙志;赵明娟;曹小明;张劲松【作者单位】华东交通大学机电工程学院;中国科学院金属研究所【正文语种】中文【中图分类】TB333;TG113.25【相关文献】1.SiC泡沫陶瓷/SiCp/Al混杂复合材料的导热性能 [J], 赵龙志;何向明;赵明娟;曹小明;张劲松2.SiCp与Gr混杂增强Al基复合材料的制备和摩擦磨损性能 [J], 卢德宏3.SiC泡沫陶瓷/SiCp/Al复合材料的热膨胀行为 [J], 赵龙志;赵明娟;曹小明;张劲松4.陶瓷颗粒增强SiCp/Al铝基复合材料制备和性能研究 [J], 郝世明;毛建伟;谢敬佩;刘佳斌5.SiC_(sf)/Si_3N_(4p)混杂增强BAS陶瓷基复合材料的制备及其结构与性能的研究 [J], 马静梅;叶枫;刘利盟;张海礁;于杰;孟庆昌;张新梅因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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第35卷第2期2014年2月材料热处理学报TＲANSACTIONS OF MATEＲIALS AND HEAT TＲEATMENTVol ．35No ．2February2014微米级SiC 颗粒对铝基复合材料拉伸性能与强化机制的影响郝世明1，3，谢敬佩2，王行2，王爱琴2，王文焱2，李继文2（1．河南科技大学物理与工程学院，河南洛阳471023；2．河南科技大学材料科学与工程学院，河南洛阳471023；3．郑州大学物理工程学院，郑州大学材料物理教育部重点实验室，河南郑州450001）摘要：为了研究微米级碳化硅颗粒（SiCp ）尺寸对中体积分数SiCp 增强铝基复合材料的拉伸性能与强化机制的影响，用粉末冶金工艺制备体积分数为30%的SiCp /2024Al 复合材料，利用OM ，SEM ，万能材料试验机等对材料微观结构和拉伸性能进行了研究。
结果表明，复合材料的拉伸强度随着SiCp 尺寸的减小而增大。
当SiCp 尺寸为3μm 时，复合材料的断裂主要以界面处的基体合金撕裂为主；当SiCp 尺寸为25μm 和40μm 时，复合材料的断裂以SiCp 解理断裂为主；当SiCp 尺寸为8μm 和15μm 时，复合材料的断裂方式是以界面处的基体合金撕裂和SiCp 的断裂共同作用。
3μm SiCp 增强复合材料相对密度不高、SiCp 分布不均匀但其拉伸强度最大，主要原因为受力时小SiCp 极少断裂和小颗粒效应导致基体的显微组织强化。
关键词：金属基复合材料；颗粒尺寸；拉伸性能；强化机制；粉末冶金中图分类号：TB 331文献标志码：A文章编号：1009-6264（2014）02-0013-06Effects of size of micrometer SiC particles on tensile properties and strengtheningmechanism of SiCp reinforced aluminum matrix compositesHAO Shi-ming 1，3，XIE Jing-pei 2，WANG Hang 2，WANG Ai-qing 2，WANG Wen-yan 2，LI Ji-wen 2（1．School of physics and engineering ，Henan University of Science and Technology ，Luoyang 471023，China ；2．School of Materials Science and Engineering ，Henan University of Science and Technology ，Luoyang 471023，China ；3．Physical Engineering College ，Zhengzhou University ，Zhengzhou 450001，China ）Abstract ：In order to study the effects of micrometer SiCp size on tensile properties and strengthening mechanism of SiCp reinforced aluminum matrix composites ，SiCp /2024Al composites was fabricated by powder metallurgy technique ，and microstructure of the composites was observed by OM ，SEM and its tensile properties were measured．The results show that strength of the composites increases with decreasing SiCp particle size．When the particle size is 3μm ，the fracture of the material is caused by tearing of matrix near interface．The failure of the composites with SiCp size of 25μm and 40μm results from cracking of the SiCp．When the particle size is 8μm and 15μm ，the failure of the composite occurs by combination mechanism of tearing of matrix near interface and cracking of the SiCp．The SiCp of 3μm reinforced composites has maximum tensile strength despite its relative density is low and distribution is heterogeneous．The main reason is due to the rarely fracture of small SiCp and the higher strengthening effect of the small SiC particles on the matrix．Key words ：metal matrix composites ；particle size ；tensile property ；strengthening mechanism ；powder metallurgy收稿日期：2012-12-30；修订日期：2013-12-28基金项目：国家自然科学基金项目（51371077）；河南省国际科技合作基金项目（084300510006）作者简介：郝世明（1975—），男，博士研究生，讲师，主要从事金属基复合材料研究，E-mail ：s_m_hao@126．com 。
通讯作者：谢敬佩（1957—），男，博士，教授，E-mail ：xiejp @haust．edu．cn 。
先进航空航天飞行器不断追求轻量化，高性能化，长寿命，高效能的发展目标带动牵引了轻质高强多功能颗粒增强铝基复合材料的持续发展［1］。
SiCp /Al 复合材料具有低密度、高比刚度、低膨胀、高导热等优异的综合性能，经过近30年的发展，在航空航天领域逐渐得到了规模应用［2-5］，有望成为继铝合金和钛合金后的新型结构材料。
与低体分的结构级碳化硅颗粒增强铝基复合材料相比，光学/仪表级的中等体分（30% 45%）碳化硅颗粒增强铝基复合材料的功能化特性比较突出，即不仅具有比铝合金和钛合金高出一倍的比刚度，还有着与铍材及钢材接近的低热胀系数和优于铍材的尺寸稳定性。
因此，该种复合材料可替代铍材用作惯性器件，并被誉为继铝合金和铍合金后“第三代航空航天惯性器件材料”［6］。
近年来许多学者对增强体尺寸对铝基复合材料力学性能和强化机理进行研究。
郦定强等［7］研究了SiC 颗粒尺寸对用粉末冶金工艺制得的SiCp /2124AlDOI:10.13289/j.issn.1009-6264.2014.02.003材料热处理学报第35卷复合材料变形行为和力学性能的影响，结果表明在体积比为20%的条件下，当尺寸为8μm时屈服强度和拉伸强度出现峰值。
金鹏等［8］研究了碳化硅颗粒（SiCp）尺寸对用粉末冶金法制备体积分数为15%的SiCp/2009Al复合材料力学性能和断裂机制的影响，结果表明，复合材料的强度随着SiCp尺寸的增大而减小，塑性则随着颗粒的增大而增大。
肖伯律等［9］对粉末冶金法制备的不同尺寸、体积分数为l7%的SiCp增强铝基复合材料的拉伸性能进行了研究，SiCp 尺寸分别为3.5、7、10和20μm，结果表明，SiCp尺寸为7μm时复合材料拉伸性能最好。
部分学者［10-11］认为颗粒增强复合材料的力学性能随增强体颗粒尺寸的增大而降低。
也有学者［12］认为，增强粒子体积分数一定时，粒子尺寸对于强度没有明显的影响。
以上研究均侧重于低体积分数（小于20%）。
刘君武等［13］利用近净成形技术制备60vol% 67vol% SiCp/Al复合材料，研究碳化硅颗粒级配及热处理对材料力学性能的影响，认为较细的SiCp级配和退火处理都能有效提高复合材料的强度。
尽管多篇论文涉及到增强体颗粒尺寸对复合材料力学性能影响，并且引起越来越多研究者的关注，但所得实验结论和观点却不尽相同。
由于颗粒选取尺寸差异较大，不利于归纳其影响规律。
对于粉末冶金制备中体积分数SiCp增强铝基复合材料，由于颗粒含量的增加，其分布和结合均会相应发生变化，研究增强体颗粒尺寸对复合材料力学性能影响是十分必要的。
鉴于此，本文选择合适的增强体颗粒尺寸变化范围，用粉末冶金法制备不同SiCp尺寸增强铝基复合材料，研究SiCp尺寸对复合材料拉伸性能与强化机制的影响。
1试验材料及方法以雾化法获得的平均直径10μm的2024Al粉末作为基体材料。
增强体SiCp平均粒径分别为3，8，15，25和40μm。
增强体以30%的体积比与铝粉混合，采用Y型混料机球磨混料，磨球的直径为8mm 和5mm，材质为氧化铝，球料比2：1，转速50r/min，时间24h。
将混合粉末装入模具中，在VDBF-250型真空扩散焊实验机（真空度为2.3ˑ10－3Pa）上进行真空热压烧结，以8ħ/min的速度加热到580ħ，施加80MPa压力，保压保温时间为3h，然后在真空保护状态下炉冷。
材料的密度用Archimedes水浸法测量。
拉伸试验在在岛津AG-I250KN精密万能材料试验机上以0.5mm/min的位移速度进行，拉伸试样直径5mm，标距段长25mm。
采用OLYMPUSPME型光学显微镜分析复合材料的颗粒分布，在JSM-5610LV型扫描电镜上对试样微观组织及断口形貌进行观察。
2结果与讨论2.1复合材料中SiC颗粒分布图1为不同尺寸SiCp增强复合材料的显微组织。
图中黑色部分为SiCp，白色部分为铝基体。
由图1（a）看出在复合材料中SiCp出现了明显的团聚现象；由图1（b）和1（c）看出SiCp在复合材料中基本分布均匀，略有颗粒团聚。
从图1（c）和1（d）看出SiCp分布更加均匀。
SiCp尺寸越细小越容易形成颗粒簇。
2.2复合材料的显微组织图2为不同SiCp尺寸复合材料在1500倍下的显微组织及EDS图谱。
除明显的SiC和铝基体外，在颗粒尖角处和基体中存在白色颗粒，EDS分析显示为AlCu合金相，如图2（f）所示。