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铝基复合材料的研究进展(或现状)

铝基复合材料的研究进展(或现状)
铝基复合材料的研究进展(或现状)

铝基复合材料的研究进展(或现状)

姓名:苑光昊

摘要:本文介绍了铝基复合材料的设计与制备、性能、应用,重点讲述了国内外的研究现状和发展趋势。

关键词:设计与制备性能应用研究现状及发展

复合材料是应现代科学发展需求而涌现出具有强大生命力的材料,在金属基复合材料中表现尤为明显。金属基复合材料有铝基、镍基、镁基、抬基、铁基复合材料等多种,其中铝基复合材料发展最快而成为主流。本文主要对国内外铝及复合材料的研究现状进行简要评述,主要包括材料的设计与制备、界面、性能、应用等方面。

一、铝基复合材料的设计与制备

1基体材料的选择

铝基复合材料的基体可以是纯铝也可以是铝合金,其中采用铝合金居多。工业上常采用的铝合金基体有Al-Mg、Al-Si、Al-Cu、Al-Li 和Al-Fe等。如希望减轻构件质量并提高刚度,可以采用Al-Li合金做基体【1】;用高温的零部件则采用Al-Fe合金做基体【2】;经过处理后的Al-Cu合金强度高、且有非常好的塑性、韧性和抗蚀性、易焊接、易加工,可考虑作这些要求高的基体【3】。材料的使用要求是选用基体金属材料的首要条件,如要求材料具有良好的耐磨性、耐热性及低的膨胀系数时(活塞材料),选择基体为Al-Si合金;为进一步减轻零部件的重量,可考虑选用Al-Li合金作为基体;为了提高材料的高性能,可选用Al-Fe系合金。

2铝基复合材料增强体选择

针对材料的具体应用,增强体首先具有明显提高金属基体应具备的特殊性能,如作为结构材料时,增强体应具有高强度、高弹性模量、低密度等性能。而作为耐磨材料时,硬度、耐磨性是主要选择依据。由于金属基体有良好的浸润性可保证增强体与基体金属良好复合和均匀分布

B、Al2O3、Si、和C纤维等是最早的纤维材料,该材料的性能优异,但高昂的成本限制了它们的广泛发展及应用。但在航空及军事等方面有研究应用潜力。

根据增强体的形态可将其分为纤维、颗料、晶须三种类型,也有采用金属丝作为铝基复合材料的增强体,但采用极少。

在铝基复合材料研究中,使用最多的增强体是SiC和Al2O3,以TiC、B、石墨等。连续纤维增强的铝基复合材料的研究开展得最早,且材料的性能优异,但成本高,工艺复杂,在工业上难以推广应用。如不考虑成本,可用于军工、航空等领域。碳纤维具有非常高的比强度和比弹性,目前受到研究者的重视。非连续增强金属基复合材料具有制造成本低,可采用常规冶金加工方法制造,材料具有各向异性,二次加工性能好等优点,宜于实现工业化大批量生产,是当前选择的重点,使用最多的增强体是sic和Al2O3,石墨作为固体润滑剂加入以改善材料的摩擦、摩损性能的作用较有效。增强体的形状与尺寸也是影响材料的重要因素。采用颗粒增强体需要注意的一个问题是颗粒团聚问题,颗粒越细,相应材料的力学性能越高,团聚的现象越严重,这会影响其性能。

3铝基复合材料制备方法的选择

目前金属基复合材料的制备方法分为三种:固态法、液态法和自生成法。每一种又包括若干不同的工艺,有的学者将流变铸造、喷雾沉积等新工艺归于两相法。

目前纤维增强铝基复合材料的制备方法主要有扩散连接法、粉末冶金法、融熔侵润法、和气体铸造法等【4】。制备过程要保证纤维的分布均匀、无损伤、与基体结合牢固而无空隙,也要考虑到材料使用时残余应力和热疲劳对材料寿命影响【5】,一般需要对涂层处理以及制成预制件而后压制或浸渗

颗粒增强铝基复合材料的制备相对简单些,可以采用常规冶金方法制备。方法主要有搅拌铸造、粉末冶金、无压浸渗和喷射共沉积等。(1)粉末冶金法的具体工艺是先将金属粉末或预合金粉和增强体均匀混合,制得复合坯材料,经不同的固化技术制成锭块,再通过挤压、锻造等二次加工制成型材。这种制备方法优点:增强材料的加入量易于任意调整,增强体的体积分数与基体成分均可准确控制,所成型的材料或制件其金属基体组织均匀,制件尺寸精度好,易于实现少切削、无切削,且成型制品范围较广。但是,采用此法制备成型的材料或制件,其致密性较差,而且增强材料(主要是纤维和晶须)在形成过程中易受损伤,其性能一般不是太好。(2)渗铸法又称液态浸渗法。它是借助作用于液态金属上的气体压力或离心力等,使液态金属渗入到铸型内具有一定形状和孔隙率的纤维预制体中并凝固成型,从而获得复合材料制件的工艺。渗透法主要特点:工艺简便灵活,不需要大的机械设备,生产成本低,不受生产规模和批量的限制,对连续纤维或非连续纤维增强金属基复合材料的制备均适用。此法主要缺点:产品

性能一般较差,这类方法不适用于纤维体积分数高的复合材料制件的成型,且制件的形状与尺寸范围也受到较大的限制。(3)搅拌铸造法,先将基体金属在炉中熔化,在半固态状态下进行搅拌,并且边搅拌边加入增强材料(短纤维、晶须或粒子等),使增强材料均匀分布于基体金属中,从而制备出复合材料浆料。然后,根据后继成型过程的需要,将基体处于液态或半固态状态的复合材料浆料进行铸造、液态模锻、轧制或挤压成型,从而获得金属基复合材料或制件。搅拌法主要适用于不便于采用渗铸法或液态模锻法制备和成型的粒子型复合材料及其制件的制备与成型。

二、铝基复合材料的性能及应用

1低密度。

铝基复合材料的密度低,相对于其它的基体的复合材料的质量相对较轻。可用于很多对于质量有很大要求的工业与民用上。列如飞机、汽车、航天器等。

2 良好的尺寸稳定性

因为有良好的尺寸稳定性在加工与自造上会减小不必要的误差等。在要求精度较高的工件上可以大量使用,减少因精度不足而产生的误差积累。

3强度、模量与塑性

增强体的加入在提高铝基复合材料强度和模量的同时,降低了塑性。

4耐磨性

高的耐磨性是铝基复合材料(SiC 、Al2O3 增强)的特点之一。由于耐磨性较好也受到了大量的应用。

5疲劳与断裂韧性

铝基复合材料的疲劳强度一般比基体金属高,而断裂韧性却下降。影响铝基复合材料疲劳性能和断裂的主要因素有:增强物与基体的界面结合状态、基体与增强物本身的特性和增强物在基体中的分布等。

6热性能

增强体和基体之间的热膨胀失配在任何复合材料中都难以避免,为了有效降低复合材料的热膨胀系数,使其与半导体材料或陶瓷基片保持热匹配,常选用低膨胀的合金作为基体和采用不同粒径的颗粒

制备高体积分数的复合材料。

因此,在很多方面得到了很大的应用以及发展。同时也在很多方面得到了大量的适用与使用。是铝基复合材料近几年发展迅速的主要

因素也是重要的原因。

铝基复合材料在汽车工业的应用研究起步最早。上个世纪年代,日本丰田公司成功地用复合材料制备了发动机活塞。美国的研制出用颗粒增强铝基复合材料制造汽车制动盘,使其重量减轻了,而且提高了耐磨性能,噪音明显减小,摩擦散热快;同时该公司还用颗粒增强铝基复合材料制造了汽车发动机活塞和齿轮箱等汽车零部件。用复合材料制成的汽车齿轮箱在强度和耐磨性方面均比铝合金齿轮箱有明显的提高。铝合金复合材料也可以用来制造刹车转子、刹车活塞、刹车垫板、卡钳等刹车系统元件。铝基复合材料还可用来制造汽车驱动轴、摇臂等汽车零件。

现代科学技术的发展,对材料性能提出了越来越高的要求,特别是航空航天领域要制造轻便灵活、性能优良的飞机、卫星等,铝基复合材料恰能满足这方面的要求。公司采用熔模铸造工艺研制成复合材料,用该材料代替钛合金制造直径达、重的飞机摄相镜方向架,使其成本和重量明显降低,导热性提高。同时该复合材料还可用来制造卫星反动轮和方向架的支撑架。

铝基复合材料可以代替木材及金属材料来制作网球拍、钓鱼竿、高尔夫球杆和滑雪板等。用颗粒增强铝基复合材料制作的自行车链齿轮重量轻、刚度高、不易挠曲变形,性能优于铝合金链齿轮。

三、铝基复合材料的研究现状

1铝基复合材料研究的主要成果

原位生成颗粒增强铝基复合材料具有强化相多、设计性广、晶粒细小、综合性能好、增强体与基体界面结合牢固且结合强度高、成本相对较低且能进行近终型铸造等优势,这赢得了许多研究者、科研机构和企业的高度重视,并已开发出一部分可以应用于高精尖端领域的材料和新工艺。例如复合材料有TiB2和Al2O3颗粒增强铝基复合材料【6】

采用95wt%Al和5wt%CuO粉末原位生成了γ-氧化铝增强Al-Cu 合金【7】,复合材料的尺寸为5~10μm。研究结果表明,其维氏硬度最高可达114VHN,最终的强度可以达到330~425MPa,弯曲强度可达425MPa,韧性可达14.9J/cm2。

2铝基复合材料研究的热点问题

纳米相增强铝基复合材料

纳米材料的尺寸非常细小(1~100nm),形状多为规则的近球状,因此,在铝基复合材料的制备中若能以纳米级颗粒作为增强相,应该能改善增强相与基体的结合界面,提高结合强度,进而提高铝基复合

材料的力学性能和理化性能等贺春林等人【8】用粉末冶金法制备了纳米SiC(平均尺寸25nm)颗粒增强纯Al基复合材料(Al-MMC),结果如下:SiC体积分数为1%、3%和5%的纳米SiC/Al-MMC的屈服强度和最大拉伸强度较基体纯Al分别提高了6.9%、1l.8%、26.8%和7.2%、21.2%、30.4%体积分数为1%和3%的纳米MMC的拉伸性能分别好于5%和10%的微米颗粒增强Al-MMC,而5%的纳米MMC的屈服强度和最大拉伸强度较5%和10%的微米颗粒增强Al-MMC分别增加29.2%、16.1%和28.0%、9.9%。因此可知纳米材料对铝基复合材料的影响是非常大的,同时颗粒的团聚趋势明显增大。这就涉及到如何解决纳米相的团聚问题。在以后的研究过程中,这将成为研究的一大课题。有待于有向往认识去了解去研究

四、铝基复合材料的发展趋势

1在制备工艺方面

采用颗粒增强制备铝基复合材料成本相对较低,原材料资源丰富,制备工艺简单。选择适当的增强颗粒与基体组合可制备出性能优异的复合材料,具有很大的发展潜力和应用前景【9】。可以想象,在现代工业的高速发展和技术水平的高要求下,颗粒增强铝基复合材料必将以其独特优势在工业领域占据重要位置。但同时我们也要看到发展的困难,颗粒增强铝基复合材料在未来的时间里要取得更进一步发展,并列入规模化生产的行列还需要进行更多的探索和实践。因此,进一步加强理论研究。

2在增强体方面

纤维增强铝基复合材料在基础理论、制备丁艺、性能水平等方面都有了很大的进步。并且率先在宇航、航空和兵器中得到应用,在民用丁业中的应用也日渐增多。如这种材料的制备工艺较复杂、纤维价格高、材料的性能水平尚欠稳定等问题制约着它的应用和发展。进一步提高该材料的性能。我们可以围绕着以下几点进行:(1)围绕经济有效,易操作的纤维增强体表面涂层处理技术;(2)铝及铝合金基体的合金化对丁二界面稳定性和结构的影响;(3)纤维增强体与铝及铝合金基体的界面结合强度对材料性能的影响;(4)实用化的纤维增强铝基复合材料制备工艺研究应用等。

铝基复合材料的研究取得了一系列成果,但仍有许多问题需要解决或继续研究,如界面结构和性能,高温使用性能,以及简化工艺、降低成本、材料的后续加工和回收等。而随着计算机技术的引入,材料的设计及研究水平应该会有更大的提高。相信通过研究人员的不断努力,铝基复合材料一定会有更为广泛的用途。

参考文献

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铝基复合材料及应用

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铝合金的研究现状及应用

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铝基复合材料的发展现状与研究 摘要:随着现代生产技术的发展,对材料的性能要求越来越高,目前,铝基复合材料由于其优良的性能已经成为现时研究的热点。阐述了铝基复合材料的基本性能及应用情况,总结了近几年关于铝基复合材料的主要研究成果与发展趋势。 关键词:铝基复合材料,材料性能,研究成果,趋势 Development and progress of aluminium matrix composites Tang nong-j Abstract:With the development of modern manufacturing technology, The material performance requirements more and more high,The development of aluminum matrix composite materials was reviewed with their properties. Espectively in accordance with the classes to which they belong. The fundamental property and application field of aluminum matrix composite were briefly introduced. The main research achievements and development were summarized in recent years. Meanwhile, the outlook of its development was put forward. Key words:aluminium matrix composites,material properties,research findings,trend

铝基复合材料

目录 一、引言 (1) 二、铝基复合材料的基本成分 (1) 三、铝基复合材料的性能 (1) 3.1 低密度 (1) 3.2 良好的尺寸稳定性 (1) 3.3强度、模量与塑性 (2) 3.4耐磨性 (2) 3.5疲劳与断裂韧性 (2) 3.6热性能 (2) 四、铝基复合材料的应用 (3) 4.1 在汽车领域的应用 (3) 4.2 在航空航天领域的应用 (3) 4.3 在电子和光学仪器中的应用 (3) 4.4 在体育用品上的应用 (4) 五、铝基复合材料的制造工艺 (4) 5.1 粉末冶金法 (4) 5.2 高能-高速固结工艺 (4) 5.3 压力浸渗工艺 (5) 5.4 反应自生成法 (5) 5.5 液态金属搅拌铸造法 (5) 5.6 半固态搅拌复合铸造 (5) 六、铝基复合材料的研究的热点及发展趋势 (6) 6.1铝基复合材料的研究的热点 (6) 6.1.1纳米相增强铝基复合材料 (6) 6.1.2碳管纳米增强铝基复合材料 (6) 6.2铝基复合材料的发展趋势 (7)

铝基复合材料的综述 摘要:本文较为详细的介绍了铝基复合材料的性能、应用及其制造工艺,并指出了铝基复合材料的发展趋势。 关键词: 铝基复合材料; 性能; 应用; 工艺;发展趋势 一、引言 复合材料是应现代科学发展需求而涌现出的具有强大生命力的材料,它由两种或两种以上性质不同的材料通过各种工艺手段复合而成。复合材料可分为三类:聚合物基复合材料(PMCs)、金属基复合材料(MMCs)、陶瓷基复合材料(CMCs)。金属基复合材料基体主要是铝、镍、镁、钛等。铝在制作复合材料上有许多特点,如质量轻、密度小、可塑性好,铝基复合技术容易掌握,易于加工等。此外,铝基复合材料比强度和比刚度高,高温性能好,更耐疲劳和更耐磨,阻尼性能好,热膨胀系数低。同其他复合材料一样,它能组合特定的力学和物理性能,以满足产品的需要[1]。因此,铝基复合材料已成为金属基复合材料中最常用的、最重要的材料之一。按照增强体的不同,铝基复合材料可分为纤维增强铝基复合材料和颗粒增强铝基复合材料。纤维增强铝基复合材料具有比强度、比模量高,尺寸稳定性好等一系列优异性能,但价格昂贵,目前主要用于航天领域,作为航天飞机、人造卫星、空间站等的结构材料。颗粒增强铝基复合材料可用来制造卫星及航天用结构材料、飞机零部件、金属镜光学系统、汽车零部件;此外还可以用来制造微波电路插件、惯性导航系统的精密零件、涡轮增压推进器、电子封装器件等。 二、铝基复合材料的基本成分 铝及其合金都适于作金属基复合材料的基体,铝基复合材料的增强物可以是连续的纤维,也可以是短纤维,也可以是从球形到不规则形状的颗粒。目前铝极复合材料增强颗粒材料有SiC、AL2O3、BN等,金属间化合物如Ni-Al,Fe-Al和Ti-Al也被用工作增强颗粒。 三、铝基复合材料的性能 铝基复合材料的性能取决于基体合金和增强物的特性、含量、分布等。与基体合金相比,铝基复合材料具有许多优良的性能。 3.1 低密度 2,铝基复合材料的密度一般在8.2左右,基本上与一般铝合金相当,比钢低3同等几何尺寸的零件,其重量仅为钢制的1左右。 3.2 良好的尺寸稳定性 许多增强物都具有很小的热膨胀系数,加入相当含量的增强物可降低材料膨胀系数,从而得到热膨胀系数小、尺寸稳定性好的铝基复合材料。

中国铝合金压铸业的发展及现状

中国铝合金压铸业的发展及现状 发表时间:2018-06-11T13:51:27.290Z 来源:《建筑学研究前沿》2017年第36期作者:沙雯雯 [导读] 我国压铸业的发展始于二十世纪九十年代,当时虽然还是一个新兴行业。 广东鸿图南通压铸有限公司 226300 摘要:近些年来随着科学技术的不断发展,越来越多的合成材料被铸造出来并被广泛使用,其中压铸铝合金便是其中的一种。我国的航空航天、各式各样的电子产品、无人驾驶汽车等技术目前正发展的如火如荼,而在这些领域里就要广泛用到压铸铝合金,因为压铸铝合金具有非常好的耐腐蚀性、良好的导电导热性、超高的强度以及易于铸造和加工的特性。俗话说的好有需求就会有供应,因此我国的压铸铝合金年产量增加了将近八分之一,在有色合金压铸件的产量里占据了十分之一的地盘。不过话又说了回来,科学技术的进步为该行业的发展带来了无限的机会,在科技的不断推动下我国的铝合金压铸件会造的越来越来好,规模越来越大,铸件越来越优。本文对铝合金压铸业的现状和发展做了一定的研究,以期能够帮助到需要的从行业者。 关键字:铝合金压铸业;发展;现状 引言 我国压铸业的发展始于二十世纪九十年代,当时虽然还是一个新兴行业,不过该行业的发展速度却非常之快,并且随着科学技术的不断发展和人们日常生活的需要,铝合金压铸行业的发展变得越来越好,铝合金压铸产品的种类变得越来越丰富,不同种类的合金正在悄无声息的改变我们的生活。 1我国压铸行业标准的发展历史 在此之前先介绍一下我国压铸行业标准的发展历史,在二十世纪六十年代我国的压铸工艺已经初具规模,注意,是压铸工艺而不是压铸行业,但并没有一套成型的压铸标准,只能参考原苏联的压铸标准;到了二十世纪七十年代才制定了HB5012—1974《铝合金压铸件》以及GB1173—1177—1974《铸造有色合金》等标准;经过十年的发展之后制定的JB3018—3072-82《有色压铸合金技术条件》以及 JB2702—80《锌合金、铝合金、铜合金压铸件技术条件》标准;到二十世纪八十年代末,我国该行业相关人士初步商定要制定一个更加成熟的行业标准;自此到1994年我国正式发布了包括GB/T15114—94《铝合金压铸件》、GB/T15115—94《压铸铝合金》等在内的七个用于压铸行业的标准;至2009年,最新版的国家推荐标准正式出台,即以GB/T15114—2009《铝合金压铸件》和GB/T15115—2009《压铸铝合金》这两个标准代替GB/T15114—94《铝合金压铸件》、GB/T15115—94《压铸铝合金》这两个标准。 2我国铝合金压铸行业的现状 压铸铝合金行业的发展始于二十世纪九十年代,具体来讲该合金的大量使用是在1914年之后,自此之后它便与我们的生活息息相关,其发展速度也得到了空前的提高。当然,压铸铝合金也有类别之分,按硬度来划分的话可以分为高强度和中低强度的压铸铝合金,按合金种类不同可以分为Al-Mg、Al-SiCu-Mg、Al-Si-Mg、Al-Zn、Al-Si-Cu等几大种类。接下来就挑几种压铸铝合金给大家简单介绍。 2.1 Al-Mg系合金 用Al和Mg制造而成的合金压铸件通常用来给一些具有较高防腐要求和需要特殊外观的压铸件,该合金兼具Al和Mg的优点,不仅强度高而且抗腐蚀性好,相较于其他的合金来讲阳极化处理及承受抛光的性能会好一些。不过这种合金的压铸难度会比较大,在压铸的过程中必须非常小心,否则很容易压铸失败。 2.2 Al-Si合金 相较于Al-Mg而言该合金的制造工艺就相对简单了许多,不过任何事情都是相对的,因为其制造起来比较粗糙所以不会用来做一些对需要超高精度的铸件,但是该材料也具有良好的耐腐蚀性,因此可以用来铸造一些对精度要求不太高以及零承重或者微承重的铸件。 2.3 Al-Si-Mg系及Al-Si-Cu系合金 由三种金属铸造而成的合金比前两类合金具有更优的性能。目前用三种金属铸造而成的合金已经在世界上广泛使用,足以见得该合金的性能十分出众,并且该合金的产出量也占得合金产出总量的十分之七。尤其是Al-Si-Cu的压铸合金,人们越来越多的关注到了这类合金。值得注意的是该类合金是最先用压铸方法制造的合金,可见其地位不一般。总体来讲合金具有单一金属所没有的优点,这也是为什么它能够取代单一金属的地位。 3我国铝合金压铸行业的发展 任何行业的发展都需要一个漫长的过程,都会从萌芽走向成熟,铝合金压铸行业的发展也是如此,在该行业的发展过程中,不同的时期会根据当时社会发展的现状和需要诞生不同的压铸技术。所谓的压铸技术就是利用高压将所需要的金属化成熔液然后根据需要压入不同的模具中的一种精密铸造法。利用压铸造出来的合金通常要比用普通方法铸造出的合金性能更优。目前世界上已经有多种压铸方法的出现,比较常用的有半固态压铸技术、真空压铸技术、挤压压铸技术等。 半固态压铸技术指的是在合金熔液将要凝固时对其进行搅拌使其变成浆料,再将这些浆料压铸成我们所需要的铸件。当前用到的两种常见的工艺分别是触变成型工艺和流变成形工艺。 顾名思义,真空压铸法即要将压铸模具中的空气抽空,使得模具内的气压降低,在模具内外压强差的作用下降合金熔液压入模具内,与此同时合金熔液会在压力的作用下做模具内凝固成型。用这种方法压铸而成的模具的密度比较大,不会存在较多的气孔。 挤压压铸技术可以说是一个非常全能的压铸方法了,它不仅能替代上述两种我们提到的压铸方法,更能替代其他更多的压铸方法,因此我国的许多企业已经将该种压铸方法用于实际生产当中。用挤压压铸技术铸造出的铸件力学性能较高,铸件十分紧凑。 4结语 从上文可以看出铝合金压铸行业的发展已经变得越来越成熟,各种各样的铝合金压铸产品也越来越多,随着人们对大自然的认识的不断加深,各种各样的金属也不断被发现,因此各种各样的合金也在不断的被研制出来,在不同的行业应用不同的合金对铝合金铸造业的发展乃至整个社会的发展都有一定的推动作用。与此同时我们也要不断探讨研究和改进各种合金的铸造方法,通过一次次的实验确定合金材

金属基复合材料的发展与研究现状_李凤平

收稿日期:2003207221 作者简介:李凤平(1956-),男,副教授,从事产品造型设计。 金属基复合材料的发展与研究现状 李凤平 (辽宁工程技术大学机械学院,辽宁阜新 123000) 摘要: 本文对金属基复合材料的分类、制造方法进行了综述,阐述了国内外研究现状,提出了在重金属基复合材料的研究中存在的问题,探讨了重金属基复合材料的研究方向。 关键词: 金属基复合材料;制造方法;分类;研究现状;研究方向 中图分类号:TB331 文献标识码:A 文章编号:1003-0999(2004)01-0048 近20年来,伴随航空航天工业和宇宙空间技术及民用行业技术的进步,金属基复合材料获得惊人的发展。在航天、机器人、核反应堆等高技术领域,镁基、铝基、钛基等轻质复合材料起到了支撑作用[1],SiC 晶须增强的铝基复合材料薄板将用于先进战斗机的蒙皮和机尾的加强筋,钨纤维增强高温合金基复合材料可用于飞机发动机部件,石墨/铝、石墨/镁复合材料具有很高的比刚度和抗热变形性,是卫星和宇宙飞行器用的良好的结构材料。美国航天航空局采用石墨/铝复合材料作为航天飞机中部长20m 的货舱架。此外,金属基复合材料还可以用于光学与精密仪器,美国把金属基复合材料高性能反光镜用于红外探测系统,航天激光系统及超轻量太空望远镜,通过改变SiC 强化颗粒占铝基合金的比例,能使反光镀层的热膨胀系数与复合材料相同,有助于提高跟踪和命中率。 在民用工业中,复合材料的应用领域十分广阔。以碳氮化物或金属间化合物颗粒为强化剂的钢基复合材料,能明显提高强度、韧性、耐磨、耐蚀和切削性能。美国在各类合金钢中用适当工艺加入TiC ,称之为TiC 2铁基复合材料,前苏联称这类复合材料为碳化物钢。这类材料的特点是重量轻、尺寸稳定、硬度高、摩擦系数小。根据不同基钢,可使复合材料具有耐蚀、耐磨、耐热性能,也可做成无磁材料。尤其是工具、模具钢、高温合金、夹具和耐磨件,采用这类复合材料能有效提高寿命和性能,日本和前苏联将用粉末冶金制取得这类材料称为新型硬质合金。用Al 2O 3或SiC 晶须或纤维强化的复合材料,由于耐 高温和高强度,可用于发动机和泵的叶轮,也可加工成模具。如果工程机械用刮板及铲斗和冶金行业用磨损件由普通耐磨钢改为陶瓷复合材料,则可明显 提高材料使用寿命。在汽车制造行业中,20~60% 的零件可以用碳纤维复合材料制造,一般可减重40~80%[1]。氧化铝增强铝合金已成功地制成镶圈,用于活塞环槽及顶部,以代替含镍奥氏体铸铁,不仅耐磨性相当,而且还可以减轻重量,简化工艺和降低成本。另外,发动机钢套、连杆、连销、刹车盘等也在使用金属基复合材料制造,如果能打开市场,将会有较大的产量。其他方面,如运动器材、自行车架、各种型材以及装甲车履带、轻质防弹装甲车等也初步应用复合材料。 1 金属基复合材料的分类 金属基复合材料可分为宏观组合型和微观强化型两大类[2]。宏观组合型指其组分能用肉眼识别和具备两组分性能的材料(如双金属、包履板等);微观强化型指其组分需用显微镜才能分辨的以提高强度为主要目的的材料。根据复合材料基体可划分为铝基、镁基、钢基、铁基及铝合金基复合材料等。按增强相形态的不同可划分为颗粒增强金属复合材料、晶须或短纤维增强金属基复合材料及连续纤维增强金属基复合材料。颗粒增强金属基复合材料是利用颗粒自身的强度,基体起着把颗粒组合在一起的作 用,颗粒平均直径在1 μm 以上,强化相的容积比(Vf )可达90%[4]。纤维增强金属基复合材料是利用无机纤维(或晶须)及金属细线等增强金属得到轻 而强的材料,纤维直径从3 μm 到150μm (晶须直径小于1 μm ),纵横比(长度/直径)在102以上。2 金属基复合材料的制备方法 金属基复合材料的复合工艺相对比较复杂和困难。这是由于金属熔点较高,需要在高温下操作;同时不少金属对增强体表面润湿性很差,甚至不润湿,加上金属在高温下很活泼,易与多种增强体发生反 FRP/CM 2004.No.1

铝合金中含铁相的研究现状和发展趋势分析

论文题目:铝合金中含铁相的研究现状和发展趋势 姓名:韩志强 班级:材硕1511 学号:1570388 2015/10/25

摘要 铝以及铝与其它元素所形成的铝合金具有优良的力学性能,在工业领域内得到了广泛的应用,一直以来在世界范围内备受瞩目。但由于工业上受到工艺及模具的限制,从熔炼到成形的过程中很容易引进杂质元素,从而使其在某些领域中的应用受到了阻碍。 在众多杂质元素中,对铝合金组织及力学性能影响最大的是铁元素。它一直被人们当做合金中的有害元素,铁极难溶于铝中,共晶点的铁含量为 1.8%,不会固溶超过1.9%,超过这个数值,铁会与铝化合成一种中间相,该相组织粗大,尖锐,会影响合金总体的力学性能。 硅同样被认为是合金中的另一种杂质元素,合金中的这两种杂质元素容易形成金属间化合物,分别形成常见的两种相,即β-铁相和α-铁相。 铝合金质量轻,延展性好,大量使用,铝铁合金除了自身优点外,还具有其它的优良性能,良好的耐腐蚀性能、极好的耐磨耐硬和高强度等,使其在工业领域内的关注度逐渐上升。 研究表明富含铁相的铝合金经过变形后再进行T6热处理会发生性能降低的反常现象。 关键词:铝合金;铁元素;硅;热处理

Abstract Aluminum and aluminum alloys of aluminum and other elements formed have excellent mechanical properties, in the industrial fields has been widely used, it has been well received around the world. However, due to limitations on the process and die by the industry, from smelting to the molding process it is very easy to introduce impurity elements, making it apply in some areas has been hampered. Among impurity elements in aluminum alloy microstructure and mechanical properties of greatest impact is iron. It has been known as the harmful elements in the alloy, iron extremely difficult to dissolve aluminum and iron content of the eutectic point of 1.8%, not a solid solution over 1.9%, more than the value of iron and aluminum will synthesize an intermediate phase which organization coarse, sharp, it will affect the mechanical properties overall. Silicon alloy is also considered to be another impurity element, the alloy impurity elements both easy to form inter metallic compounds were formed common to both-phases, phase and α-iron β- iron phases. Lightweight aluminum quality, scalability, extensive use of aluminum alloy in addition to its own merits, but also has other excellent performance, good corrosion resistance, excellent wear resistance and high strength hard to make it in the field of industry attention gradually increased. Studies have shown that iron-rich phase deformation of aluminum alloy after T6 heat treatment and then be-reduced performance anomalies occur. Key words: aluminum alloy; iron; silicon; heat treatment

昆明理工大学材料学院学生大四上学期专业课论文_颗粒增强铝基复合材料

铝基复合材料的研究发展现状与发展前景——颗粒增强铝基复合材料 课程名称:复合材料 学生:XX 学号:XXXXX 班级:XX 日期:20XX年X月X日

铝基复合材料的研究发展现状与发展前景 ——颗粒增强铝基复合材料 XX (刚理工大学,省市,650093) 摘要:介绍了颗粒增强铝基复合材料的发展历史、制备工艺、性能及应用,以碳化硅颗粒增强铝基复合材料为例指出了颗粒增强铝基复合材料这一行业存在的问题,并对这种材料的未来发展趋势做了预测。 关键词:颗粒增强铝基复合材料;历史;工艺;性能;应用;趋势 0.引言 近年来在金属基复合材料领域, 铝基复合材料(包括纤维增强和颗粒增强)的发展尤为迅速。这不仅因为它具有重量轻、比强度、比刚度高、剪切强度高、热膨胀系数低、良好的热稳定性和导热、导电性能, 以及良好的抗磨耐磨性能和耐有机液体和溶剂侵蚀等一系列优点, 而且因为在世界围有丰富的铝资源, 加之可用常规设备和工艺加工成型和处理, 因而制备和生产铝基复合材料比其他金属基复合材料更为经济, 易于推广和应用,因此, 这种材料在国外受到普遍重视。而其中的颗粒增强铝基复合材料解决了纤维增强铝基复合材料增强纤维制备成本昂贵的问题, 而且材料各向同性, 克服了制备过程中出现的诸如纤维损伤、微观组织不均匀、纤维与纤维相互接触、反应带过大等影响材料性能的许多缺点。所以颗粒增强铝基复合材料已成为当今世界金属基复合材料研究领域中的一个最为重要的热点, 并日益向工业规模化生产和应用的方向发展。 1.发展历史 金属基复合材料(复合材料)自60年代初期开始研究,现在已经取得了突破性的进展。初期研究的工作主要集中在连续纤维增强复合材料]1[,但由于连续长纤维本身的制造工艺复杂、价格昂贵,再加上纤维的预处理以及纤维增强复合材料制造工艺限制,使连续纤维增强复合材料成本极高,仅限用于要求极高性能的场合。 因此,进入80年代,研究重点转向了成本较低的SiC、Al 2O 3 等颗粒或晶须作为增 强材料的不连续增强复合材料,这种材料具有比刚度、比强度强,耐磨性、抗蠕变性好、热膨胀系数小等特点]2[,其比刚度超过了钢和钛合金,而价格不到钛合金的十分之一]3[,用以取代钢、钛等材料,对减轻产品结构重量,降低成本具有明显的经济效益,尤其是取代航空、航天飞行器中的合金钢、钛合金构件,更具有巨大的潜力。 20世纪70年代末,美国政府开始将复合材料列入武器研究清单,并对其研究成果限制发表。日本通产省在20世纪80年代初期开始实施的“下世纪产业基础技术”规划中,把发展铝基复合材料放在了主要位置,并在财力、物力上向有关院所、高校和公司倾斜。我国从20世纪80年代中期开始经过十几年的努力,在颗粒增强铝基复合材料的组织性能、复合材料界面等方面的研究工作已接近国际先进水平,铝基复合材料已列为国家“863”新型材料研究课题。

铝合金的研究现状及其在航空航天的深远发展

铝合金的研究现状及其在航空航天的深远发展 *** 南昌航空大学飞行器工程学院 摘要:作为地壳含量中最多的金属,凭借自身的优越的化学性质,使得它在现实生活中得到广泛应用,除了生活中常见的铝合金窗户,门等普通一般的工具。随着社会的发展和技术的提高,科学家们对铝合金的研究越来越深入,越来越透彻,其在先进领域方面的应用也越来越广泛,不管是航空还是航天,我们都可以看见它的影子。但这远不是对铝合金研究的结束,而是开始! 关键词:铝合金、现状、航空航天、深远发展。 1、引言:以铝为基的合金总称。主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰,次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。铝,原子序数为13,原子量为26.98,原子体积为(立方厘米/摩尔):10.0,面心立方结构,熔点660℃,密度2.702,地壳中含量(ppm):82000 。纯铝的密度小(ρ=2.7g/cm3),大约是铁的1/3,但强度比较高,接近或超过优质钢,可加工成各种型材,具有优良的导电性、导热性,熔点低(660℃),铝是面心立方结构,故具有很高的塑性(δ:32~40%,ψ:70~90%),易于加工,可制成各种型材、板材。抗腐蚀性能好;但是纯铝的强度很低,退火状态σb 值约为8kgf/mm2,故不宜作结构材料。铝合金的主要分类,包括以下九种:一系:1000系列铝合金代表1050、1060 、1100系列。在所有系列中1000系列属于含铝量最多的一个系列。纯度可以达到99.00%以上。由于不含有其他技术元素,所以生产过程

比较单一,价格相对比较便宜,是目前常规工业中最常用的一个系列。目前市场上流通的大部分为1050以及1060系列。二系:2000系列铝合金代表2024、2A16(LY16)、2A02(LY6)。2000系列铝板的特点是硬度较高,其中以铜原属含量最高,大概在3-5%左右。2000系列铝棒属于航空铝材,目前在常规工业中不常应用。三系:3000系列铝合金代表3003 、3A21为主。我国3000系列铝板生产工艺较为优秀。3000系列铝棒是由锰元素为主要成分。含量在1.0-1.5之间,是一款防锈功能较好的系列。四系:4000系列铝棒代表为4A01 4000系列的铝板属于含硅量较高的系列。通常硅含量在4.5-6.0%之间。属建筑用材料,机械零件,锻造用材,焊接材料;低熔点,耐蚀性好,产品描述: 具有耐热、耐磨的特性。五系:5000系列铝合金代表5052、5005、5083、5A05系列。5000系列铝棒属于较常用的合金铝板系列,主要元素为镁,含镁量在3-5%之间。又可以称为铝镁合金。主要特点为密度低,抗拉强度高,延伸率高,疲劳强度好,但不可做热处理强化。在相同面积下铝镁合金的重量低于其他系列.在常规工业中应用也较为广泛。在我国5000系列铝板属于较为成熟的铝板系列之一。六系:6000系列铝合金代表6061 主要含有镁和硅两种元素,故集中了4000系列和5000系列的优点6061是一种冷处理铝锻造产品,适用于对抗腐蚀性、氧化性要求高的应用。可使用性好,容易涂层,加工性好。七系:7000系列铝合金代表7075 主要含有锌元素。也属于航空系列,是铝镁锌铜合金,是可热处理合金,属于超硬铝合金,有良好的耐磨性.也有良好的焊接性,但耐腐蚀性较差。目前基本依靠进口,

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