锻压技术2006年第6期 理论探讨 金属基复合材料制备工艺的研究进展 长发云2,闫洪,周天瑞,陈国香1,揭小平1 (1.南昌大学先进成形制造及模具研究所,江西南昌33029;2新余高等专科学校.江西新余338031) 摘要:系统论述了金属基复合材料研究和发展的概况,简要介绍了金属基复合材料的常用金属基体、增强体 重点阐述了金属基复合材料常用的制备技术即:搅拌铸造法、粉末冶金法、原位生成法等,另外,对金属基复合 材料的润湿性、界面反应、复合材料力学性能和有限元模拟作了简单介绍。最后对半固态成形技术应用于金属基 复合材料中的成形加工发展方向做了展望 关键词:搅拌铸造;润湿性;界面反应;金属基复合材料 中图分类号:TF121文献标识码:A文章编号:1003940(200606010906 Research and development on the fabrication process of metal matrix composites ZHANG Fa yun2, YAN Hong, ZHOU Tian rui!', CHEN Guo xiang, JIE Xiao pin' (1. Institute of Advanced Forming & M anufacturing and Die &. M old Nanchang U niversity Nanchang Jiangxi 330029. China; 2 Xiny u College Xiny u Jiangxi 338031. China Abstract: The research history of metal mat rix composites is summarized in the pape r, conventional me tal matrix and types of reinfo rcement of metal matrix composites are introduced and especially their fabrica tion methods such as stir casting, pow der metallurgy and in situ sy nthesis are review ed In addition the wet tability, interfacial chemistry mechanical pro pe rties of metal matrix com po sites and finite element ana ly sis about metal matrix composites are simply studied At last. the development trend about shaping of metal matrix compos ites by semi so lid forming techniques is presented Keywords stir casting: wettability: interfacial chemistry: me tal matrix composites 引言 2常用的金属基体与增强体 金属基复合材料起源于20世纪50年代末期或2.1常用的金属基体 60年代初期。近年来,金属基复合材料的制备工艺 当今,作为金属基复合材料的基体有铝基、镁 及理论硏究发展非常迅速,早期的研究工作重点主基、铜基、铁基、钛基、镍基、高温合金基、金属 要集中在连续纤维增强物,但由于连续纤维的成本间化合物及难熔金属基等,目前,国内外学者研究 高,复合材料制备工艺难度大,从而限制了它的研的金属基复合材料基体主要集中在铝和镁两个合金 究与发展。与连续纤维增强金属基复合材料相比.系上。本文重点介绍铝、镁基复合材料研究发展的 非连续纤维增强金属基复合材料具有成本低,制备现状 工艺简单等特点,已经逐渐成为国内外金属基复合2.2常用的增强体 材料领域的研究重点1ˉ8 增强体的选择要求与复合材料基体结合时的润 本文介绍金属基复合材料常用的基体合金、增湿性较好,并且增强体的物理、化学相容性好,载 强体、制备方法、润湿性、界面反应、材料组织与荷承受能力强,尽量避免增强体与基体合金之间产 性能。归纳总结目前国内外的研究现状,并展望金生界面反应等。常用的增强体主要有C纤维、Ti纤 属基复合材料的发展前景。 维、B纤维、Al2O3、短纤维、SiC晶须、B、C颗 粒、SiC颗粒、BC颗粒、SiN4颗粒、WC颗粒 国家自然科学基金(5046500、江西省科技厅和江西省教育Mo2C颗粒、ZrO2颗粒、ZrB2颗粒、A12O颗粒 厅资助项目(200526) 碳纳米管和石墨等。增强相的选择并不是随意的, “男,39岁,博士研究生 选择一个合适的增强体需要从复合材料应用情况 收稿日期:2005123 制备方法以及增强体的成本等诸多方面综合考虑 10 ?1994-2014chinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
锻压技术 2006 年 第 6 期 理论探讨 金属基复合材料制备工艺的研究进展* 张发云1 , 2 ** , 闫 洪1 , 周天瑞1 , 陈国香1 , 揭小平1 (1. 南昌大学 先进成形制造及模具研究所, 江西 南昌 330029 ;2. 新余高等专科学校, 江西 新余 338031) 摘要:系统论述了金属基复合材料研究和发展的概况, 简要介绍了金属基复合材料的常用金属基体、 增强体, 重点阐述了金属基复合材料常用的制备技术, 即:搅拌铸造法、 粉末冶金法、 原位生成法等。 另外, 对金属基复合 材料的润湿性、 界面反应、 复合材料力学性能和有限元模拟作了简单介绍。 最后, 对半固态成形技术应用于金属基 复合材料中的成形加工发展方向做了展望。 关键词:搅拌铸造;润湿性;界面反应;金属基复合材料 中图分类号:TF121 文献标识码:A 文章编号:1000-3940 (2006) 06-0100-06 Research and development on the fabrication process of metal matrix composites ZHANG Fa-yun 1, 2 , YAN Hong 1 , ZHOU Tian-rui 1 , CHEN Guo-xiang 1 , JIE Xiao-pin 1 (1. I nstitute o f Advanced Forming &M anufacturing a nd Die &M old, Nanchang University , Nanchang Jiang xi 330029 , China;2. Xiny u Colleg e , Xiny u Jia ng xi 338031, China) Abstract:The r esear ch histo ry of metal mat rix compo sites is summa rized in the pape r, conventio nal me tal matrix and types of reinfo rcement of metal ma trix composites are introduced and especially their fabrica tion metho ds, such a s stir casting 、 pow de r metallurg y and in-situ sy nthesis are r eview ed. In additio n, the wet tability 、 interfacia l chemistry 、 mechanical pro pe rties of metal matrix com po sites and finite element ana ly sis about metal matrix composite s ar e simply studied. At last , the development trend about shaping o f metal matrix composites by semi-so lid forming techniques is presented. Keywords:stir ca sting ;we ttability ;interfacial chemistry;me tal matrix compo sites *国家自然科学基金 (50465003)、 江西省科技厅和江西省教育 厅资助项目 (2005-26) **男, 39岁, 博士研究生 收稿日期:2005-11-23 1 引言 金属基复合材料起源于 20 世纪 50 年代末期或 60 年代初期 。近年来 , 金属基复合材料的制备工艺 及理论研究发展非常迅速, 早期的研究工作重点主 要集中在连续纤维增强物, 但由于连续纤维的成本 高, 复合材料制备工艺难度大, 从而限制了它的研 究与发展 。与连续纤维增强金属基复合材料相比, 非连续纤维增强金属基复合材料具有成本低, 制备 工艺简单等特点 , 已经逐渐成为国内外金属基复合 材料领域的研究重点 [ 1 ～ 8] 。 本文介绍金属基复合材料常用的基体合金、 增 强体 、 制备方法 、 润湿性 、 界面反应、 材料组织与 性能, 归纳总结目前国内外的研究现状 , 并展望金 属基复合材料的发展前景 。 2 常用的金属基体与增强体 2. 1 常用的金属基体 当今, 作为金属基复合材料的基体有铝基 、 镁 基 、 铜基、 铁基 、 钛基 、 镍基、 高温合金基 、 金属 间化合物及难熔金属基等 , 目前 , 国内外学者研究 的金属基复合材料基体主要集中在铝和镁两个合金 系上。本文重点介绍铝、 镁基复合材料研究发展的 现状。 2. 2 常用的增强体 增强体的选择要求与复合材料基体结合时的润 湿性较好, 并且增强体的物理、 化学相容性好, 载 荷承受能力强, 尽量避免增强体与基体合金之间产 生界面反应等。常用的增强体主要有 C 纤维 、 Ti 纤 维 、 B 纤维、 Al2 03 、 短纤维、 SiC 晶须、 B 、 C 颗 粒 、 SiC 颗粒、 B4C 颗粒、 Si3N4 颗粒、 WC 颗粒 、 M o2C 颗粒 、 ZrO2 颗粒 、 ZrB2 颗粒、 A12 03 颗粒 、 碳纳米管和石墨等 。增强相的选择并不是随意的 , 选择一个合适的增强体需要从复合材料应用情况 、 制备方法以及增强体的成本等诸多方面综合考虑。 100
3金属基复合材料的制备方法 强相非常高体积分数的金属基复合材料,并且不受 基体合金种类与增强体类型的限制,通过粉末混合 金属基复合材料的性能、特点、应用和制造成工艺可以使增强相在金属基体中达到分布均匀。但 本等在很大的程度上取决于金属基复合材料的制备此工艺设备复杂、成本偏高,不易制备形状复杂的 工艺和方法。目前,金属基复合材料的制备工艺和零件,而且在生产过程中存在粉末燃烧和爆炸等危 方法可分为:搅拌铸造法、粉末冶金法、原位生成险,不易进行大规模工业化生产,特别是对于制备 法、挤压铸造法和喷射成形法等 体积偏大的金属基复合材料粉末冶金法不是一种理 31搅拌铸造法”1 想的制备方法。因此粉末冶金法主要应用于实验室 搅拌铸造法(图1)制备金属基复合材料最早研究,没有得到推广。乙. Trojano va等采用粉末 起源于1968年,由S.Ray在熔化的铝液中加入氧冶金方法制备了纳米颗粒增强的镁基复合材料,较 化铝,并通过搅拌含有陶瓷粉末的熔化状态的铝合大地提高其力学性能,材料经330℃热挤压后宏观 金而来的凵。搅拌铸造法根据铸造时加热温度的不组织清晰,材料的蠕变性能也得到相应提高。郗雨 同可分为全液态搅拌铸造(即在液相线以上液态金林研究认为采用合适的烘粉处理后,Mg粉的新 属中加入増强体,搅拌一定时间后冷却)、半固态搅旧程度对复合材料的性能无明显影响;热压工序可 拌铸造(在固液相温度之间加入增强体搅拌一定时以使镁基复合材料的性能更趋稳定。并且采用粉末 间后冷却)和搅熔铸造(在在固液相温度之间加入冶金法制备了SiC颗粒及晶须增强MBI5镁基复合 增强体,搅拌一定时间后升温至基体合金液相线温材料的试样,结果表明:SiC颗粒和晶须能显著 度以上,并搅拌一定时间后冷却)3种。搅拌铸造提高MB15镁合金的室温强度和弹性模量.且SiC 法的特点是:工艺简单,操作方便,可以生产大体晶须的作用比SC颗粒更明显。 积的复合材料(可到达500kg),设备投入少,生产 成本低,适宜大规模生产。但加入的增强相体积分 数受到限制,一般不超过20%,并且搅拌后产生的 P均合十如复材曰 负压使复合材料很容易吸气而形成气孔,同时增强 颗粒与基体合金的密度不同易造成颗粒沉积和微细 图2粉末冶金法流程图 颗粒的团聚等现象。谭彦显研究了不同铸造工艺 Fig 2 Flow chart of pow der metallurgy 条件下的镁基复合材料的组织结构,并对其气孔率3.3原位生成法 进行测定。结果表明:搅拌温度、颗粒体积分数和 原位生成法指增强材料在复合材料制造过程 颗粒大小对气孔率有影响,搅拌温度越高和增强颗中,并在基体中自己生成和生长的方法,增强材料 粒体积分数增加气孔率上升。并认为搅熔铸造法制以共晶的形式从基体中凝固析出,也可与加入的相 备的复合材料在颗粒分布及气孔含量方面均优于半应元素发生反应、或者合金熔体中的某种组分与加 固态搅拌铸造法和全液态搅拌铸造法。另外,可以入的元素或化合物之间的反应生成。前者得到定向 针对搅拌铸造法得到的复合材料通过挤压工序使得凝固共晶复合材料,后者得到反应自生成复合材料。 其气孔率减少,组织细化和增强相分布更均匀 原位生成复合材料的特点:增强体是从金属基体中 增强体个预处理 原位形核、长大的热力学稳定相,因此,增强体表 +]心国 面无污染,界面结合强度高。而且,原位反应产生 的增强相颗粒尺寸细小、分布均匀,基体与增强材 料间相容性好,界面润湿性好,不生成有害的反应 图1搅拌铸造法流程图 物,不须对增强体进行合成、预处理和加入等工序, Fig 1 Flow chart of stir cas ting 因此,采用该技术制备的复合材料的综合性能比较 32粉末冶金法 高,生产工艺简单成本较低。从液态金属基体中 粉末冶金法(图2)是指将基体金属合金与增原位形成增强体的工艺,可用铸造方法制备形状复 强体粉末混合均匀后在模中冷压,除气后在真空中杂、尺寸较大的净近成形零件。牛玉超等研究认 加热至固液两相区进行热压,最后烧结制得金属基为采用石墨坩埚、电磁搅拌和铝熔体中加入镁的工 复合材料的方法。粉末冶金法特点:可以制备出增艺流程,可实现Al2O3颗粒和铝熔体的有效复合, 101 ?1994-2014chinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
3 金属基复合材料的制备方法 金属基复合材料的性能 、 特点 、 应用和制造成 本等在很大的程度上取决于金属基复合材料的制备 工艺和方法 。目前 , 金属基复合材料的制备工艺和 方法可分为:搅拌铸造法、 粉末冶金法 、 原位生成 法、 挤压铸造法和喷射成形法等。 3. 1 搅拌铸造法 [ 9 ～ 11] 搅拌铸造法 (图 1) 制备金属基复合材料最早 起源于 1968 年, 由 S. Ray 在熔化的铝液中加入氧 化铝 , 并通过搅拌含有陶瓷粉末的熔化状态的铝合 金而来的[ 12] 。搅拌铸造法根据铸造时加热温度的不 同可分为全液态搅拌铸造 (即在液相线以上液态金 属中加入增强体 , 搅拌一定时间后冷却)、 半固态搅 拌铸造 (在固液相温度之间加入增强体搅拌一定时 间后冷却) 和搅熔铸造 (在在固液相温度之间加入 增强体, 搅拌一定时间后升温至基体合金液相线温 度以上, 并搅拌一定时间后冷却) 3 种 。搅拌铸造 法的特点是:工艺简单, 操作方便 , 可以生产大体 积的复合材料 (可到达 500kg), 设备投入少 , 生产 成本低 , 适宜大规模生产。但加入的增强相体积分 数受到限制, 一般不超过 20 %, 并且搅拌后产生的 负压使复合材料很容易吸气而形成气孔 , 同时增强 颗粒与基体合金的密度不同易造成颗粒沉积和微细 颗粒的团聚等现象。谭彦显 [ 13] 研究了不同铸造工艺 条件下的镁基复合材料的组织结构 , 并对其气孔率 进行测定 。结果表明:搅拌温度、 颗粒体积分数和 颗粒大小对气孔率有影响, 搅拌温度越高和增强颗 粒体积分数增加气孔率上升。并认为搅熔铸造法制 备的复合材料在颗粒分布及气孔含量方面均优于半 固态搅拌铸造法和全液态搅拌铸造法。另外, 可以 针对搅拌铸造法得到的复合材料通过挤压工序使得 其气孔率减少, 组织细化和增强相分布更均匀。 图1 搅拌铸造法流程图 Fig. 1 Flow chart of stir casting 3. 2 粉末冶金法 粉末冶金法 (图 2) 是指将基体金属合金与增 强体粉末混合均匀后在模中冷压 , 除气后在真空中 加热至固液两相区进行热压, 最后烧结制得金属基 复合材料的方法。粉末冶金法特点 :可以制备出增 强相非常高体积分数的金属基复合材料, 并且不受 基体合金种类与增强体类型的限制 , 通过粉末混合 工艺可以使增强相在金属基体中达到分布均匀 。但 此工艺设备复杂、 成本偏高 , 不易制备形状复杂的 零件, 而且在生产过程中存在粉末燃烧和爆炸等危 险 , 不易进行大规模工业化生产 , 特别是对于制备 体积偏大的金属基复合材料粉末冶金法不是一种理 想的制备方法。因此粉末冶金法主要应用于实验室 研究, 没有得到推广 。Z. Trojano va 等[ 14] 采用粉末 冶金方法制备了纳米颗粒增强的镁基复合材料 , 较 大地提高其力学性能 , 材料经 330 ℃热挤压后宏观 组织清晰, 材料的蠕变性能也得到相应提高。郗雨 林[ 15] 研究认为采用合适的烘粉处理后 , M g 粉的新 旧程度对复合材料的性能无明显影响;热压工序可 以使镁基复合材料的性能更趋稳定 。并且采用粉末 冶金法制备了 SiC 颗粒及晶须增强 M B15 镁基复合 材料的试样[ 16] , 结果表明 :SiC 颗粒和晶须能显著 提高 M B15 镁合金的室温强度和弹性模量, 且 SiC 晶须的作用比 SiC 颗粒更明显。 图 2 粉末冶金法流程图 Fig. 2 Flow chart of pow der met allurgy 3. 3 原位生成法 原位生成法[ 17] 指增强材料在复合材料制造过程 中 , 并在基体中自己生成和生长的方法, 增强材料 以共晶的形式从基体中凝固析出 , 也可与加入的相 应元素发生反应 、 或者合金熔体中的某种组分与加 入的元素或化合物之间的反应生成 。前者得到定向 凝固共晶复合材料, 后者得到反应自生成复合材料 。 原位生成复合材料的特点:增强体是从金属基体中 原位形核、 长大的热力学稳定相, 因此, 增强体表 面无污染, 界面结合强度高 。而且 , 原位反应产生 的增强相颗粒尺寸细小 、 分布均匀 , 基体与增强材 料间相容性好, 界面润湿性好 , 不生成有害的反应 物 , 不须对增强体进行合成、 预处理和加入等工序 , 因此, 采用该技术制备的复合材料的综合性能比较 高 , 生产工艺简单, 成本较低 。从液态金属基体中 原位形成增强体的工艺, 可用铸造方法制备形状复 杂 、 尺寸较大的净近成形零件。牛玉超 [ 18] 等研究认 为采用石墨坩埚 、 电磁搅拌和铝熔体中加入镁的工 艺流程 , 可实现 Al2 O3 颗粒和铝熔体的有效复合 , 101
进而制备出AlO3門/A35锌基复合材料,与基体将液体金属在高压惰性气体喷射作用下雾化成微细 合金ZA35相比,复合材料的耐磨性能有了明显的颗粒,然后喷射沉积在一定形状的收集基板上,得 提高。崔峰等人以A1熔液为载体,采用原位反到快速凝固因而获得致密的金属半成品。喷射成形 应生成形状规则、尺寸细小的TiB2颗粒相,再将法特点;得到细小、致密、成分均匀的组织,具有 TiB2颗粒传递到ZA27合金中,形成TiB2颗粒增强快速凝固工艺的特点,生产工序简单,生产成本较 的ZA27复合材料。TiB2颗粒在ZA27复合材料中,低,适用于生产各种形状的预成形金属制品。Ma 分布均匀,平均直径在3m以下;并随着TB2颗 guchi A等2用自己设计的实验结构溅射仪器溅射 粒含量增加复合材料的抗拉强度、硬度明显提高.Mg-10%和Mg-5%Ca镁合金,溅射的同时同步 黄赞军等研究了原位反应中反应物配比中随着稀注射S汇颗粒,制备了镁基复合材料。复合材料的 释剂铝量的增多,熔体内的自蔓燃反应启动得越慢,致密度高于95%,在挤压后材料的致密度高于 剧烈程度降低,但是反应产物得分布朝不均匀方向99%。这种方法制备的复合材料中,SiC颗粒的含 变化;熔体温度越高,反应启动得越快,而且剧烈;量可达到188%复合材料的弹性模量和硬度都有较 稀释剂镁粉的添加可以极大地缩短反应诱导时间,大的提高,但抗拉强度提高不明显 随着添加量的增加缩短更多 34挤压铸造法 4主要研究的问题 尽管挤压铸造的概念可以追溯到1800年左4.1润湿性 右21,但是第一次挤压铸造实验出现在1931年2 在金属基复合材料制备过程中,影响其组织和 挤压铸造法是制造金属基复合材料较理想的途径.性能的因素有许多。金属熔体与增强相之间的润湿 此工艺先将增强体制成预成型体,放入固定模型内性是其中一个非常关键的因素。影响润湿性主要有 预热至一定温度,浇人金属熔体,将模具压下并加以下两点:1.材料的内在属性(如:基体与增强相 压,迅速冷却得到所需的复合材料。挤压铸造法特的表面能)。2增强颗粒的表面状态(如:颗粒表 点:可以制备出增强相非常高体积分数(40%-面有大量的氧化物和污渍)。而改善金属熔体与增强 50%)的金属基复合材料,由于在高压下凝固,既体之间的润湿性的方法主要有:1.对增强颗粒进行 改善了金属熔体的浸润性,又消除了气孔等缺陷,金属涂覆(如Ni,Cu)处理。2向金属熔体中加 因此,挤压铸造法是制造金属基复合材料质量较好,入活性元素(如L,Mg,CaTi,Zr和P等)。3 可以一次成型。贾玉玺认为挤压加工有助于提高增强颗粒进行预热及保持颗粒表面清洁等方法。例 siC颗粒分布的均匀性,挤压棒料中的Si颗粒在如:在石墨粉末/纤维进行涂覆Ni或SiO2处理可以 挤压方向上定向、有序排列;挤压加工可以消除提高铝基体与石墨增强颗粒之间的润湿性。李子 SIC /AI复合材料中的疏松、气孔等缺陷,大幅度提全应用搅熔铸造工艺硏究了经预处理的siC颗粒 高复合材料的强度和塑性。然而,在制备金属基复在加镁的ZA27合金中的卷入、分散和润湿过程 合材料时,应该适当地控制挤压力地大小,挤压力由于发生了存在于SC颗粒表面的SiO2与由于加 过大会引起金属熔体产生湍流产生内部气泡和基Mg而降低表面能的合金液间的润湿,并在旋涡能 体氧化。也会破坏复合材料地增强相,降低其力学的促进下,Si能呈单粒状分散在熔体中;在高温 性能。因此分两步的挤压铸造(低压力的渗透和搅拌时,由于SO2与合金液中的活性原子Mg和 基体合金高压力的凝固)成功地制备了一种SiCw/Al等发生界面反应,促进了SiO2与合金液间的进 ZK5IA镁基复合材料洲。挤压铸造法的不足之处一步润湿,随后siC颗粒能与合金液发生非反应润 主要受到大体积产品的形状和尺寸的影响,因而,湿的主要原因是界面反应提供了无气洁净的SiC表 针对大体积的零件挤压铸造法适应性不高 面 35喷射成形法 另外,还可以增加増强相的表面能、减少熔化 喷射成形技术是英国斯旺西大学A. Singer教授金属基体的表面张力和基体与增强相之间的界面能 于1968年首先提出的,其目的是在于从熔融金属直来改善其润湿性。同时金属基复合材料在设计和制 接制得固态成品或半成品,并于1970年首次公备过程中应尽可能界面控制化学反应,减少氧化物 开报道。而作为一种工程技术则是从1974年英国形成。通过有效控制界面化学反应来改善其润湿性, O spray公司取得专利权开始的。其工艺的实质是:过分的界面化学反应会使界面区成为薄弱环节,导 10 ?1994-2014chinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
进而制备出 Al2O3(P) /ZA35 锌基复合材料 , 与基体 合金 ZA35 相比, 复合材料的耐磨性能有了明显的 提高 。崔峰[ 19] 等人以 Al 熔液为载体 , 采用原位反 应生成形状规则、 尺寸细小的 TiB2 颗粒相, 再将 TiB2 颗粒传递到ZA27 合金中 , 形成 TiB2颗粒增强 的ZA27 复合材料 。 TiB2 颗粒在 ZA27 复合材料中, 分布均匀 , 平均直径在 3μm 以下 ;并随着 TiB2 颗 粒含量增加, 复合材料的抗拉强度 、 硬度明显提高。 黄赞军[ 20] 等研究了原位反应中反应物配比中随着稀 释剂铝量的增多 , 熔体内的自蔓燃反应启动得越慢, 剧烈程度降低, 但是反应产物得分布朝不均匀方向 变化 ;熔体温度越高 , 反应启动得越快 , 而且剧烈; 稀释剂镁粉的添加可以极大地缩短反应诱导时间, 随着添加量的增加缩短更多。 3. 4 挤压铸造法 尽管挤压铸造的概念可以追溯到 1800 年左 右[ 21] , 但是第一次挤压铸造实验出现在 1931 年[ 22] 。 挤压铸造法是制造金属基复合材料较理想的途径, 此工艺先将增强体制成预成型体 , 放入固定模型内 预热至一定温度, 浇人金属熔体 , 将模具压下并加 压, 迅速冷却得到所需的复合材料 。挤压铸造法特 点:可以制备出增强相非常高体积分数 (40 %～ 50 %) 的金属基复合材料 , 由于在高压下凝固, 既 改善了金属熔体的浸润性, 又消除了气孔等缺陷, 因此 , 挤压铸造法是制造金属基复合材料质量较好, 可以一次成型。贾玉玺 [ 23] 认为挤压加工有助于提高 SiC 颗粒分布的均匀性 , 挤压棒料中的 SiC 颗粒在 挤压方向上定向 、 有序排列 ;挤压加工可以消除 SiC /A l 复合材料中的疏松 、 气孔等缺陷 , 大幅度提 高复合材料的强度和塑性 。然而 , 在制备金属基复 合材料时, 应该适当地控制挤压力地大小, 挤压力 过大会引起金属熔体产生湍流, 产生内部气泡和基 体氧化 。也会破坏复合材料地增强相 , 降低其力学 性能 。因此, 分两步的挤压铸造 (低压力的渗透和 基体合金高压力的凝固) 成功地制备了一种 SiCW / ZK51A 镁基复合材料[ 24] 。挤压铸造法的不足之处 主要受到大体积产品的形状和尺寸的影响 , 因而, 针对大体积的零件挤压铸造法适应性不高。 3. 5 喷射成形法 喷射成形技术是英国斯旺西大学 A. Sing er 教授 于 1968 年首先提出的, 其目的是在于从熔融金属直 接制得固态成品或半成品[ 25] , 并于 1970 年首次公 开报道。而作为一种工程技术则是从 1974 年英国 O spray 公司取得专利权开始的。其工艺的实质是: 将液体金属在高压惰性气体喷射作用下雾化成微细 颗粒, 然后喷射沉积在一定形状的收集基板上 , 得 到快速凝固因而获得致密的金属半成品。喷射成形 法特点 :得到细小、 致密、 成分均匀的组织 , 具有 快速凝固工艺的特点 , 生产工序简单, 生产成本较 低 , 适用于生产各种形状的预成形金属制品。M og uchi A 等[ 26] 用自己设计的实验结构溅射仪器溅射 M g - 10 %和 M g - 5 %Ca 镁合金 , 溅射的同时同步 注射 SiC 颗粒, 制备了镁基复合材料。复合材料的 致密度高于 95 %, 在挤压后材料的致密度高于 99 %。这种方法制备的复合材料中, SiC 颗粒的含 量可达到 18. 8 %复合材料的弹性模量和硬度都有较 大的提高, 但抗拉强度提高不明显 。 4 主要研究的问题 4. 1 润湿性 在金属基复合材料制备过程中 , 影响其组织和 性能的因素有许多。金属熔体与增强相之间的润湿 性是其中一个非常关键的因素 。影响润湿性主要有 以下两点:1. 材料的内在属性 (如:基体与增强相 的表面能)。 2. 增强颗粒的表面状态 (如 :颗粒表 面有大量的氧化物和污渍)。而改善金属熔体与增强 体之间的润湿性的方法主要有:1. 对增强颗粒进行 金属涂覆 (如 Ni , Cu) 处理 。 2. 向金属熔体中加 入活性元素 (如 Li , M g , Ca , Ti , Zr 和 P 等)。 3. 增强颗粒进行预热及保持颗粒表面清洁等方法 。例 如 :在石墨粉末 /纤维进行涂覆 Ni 或 SiO2 处理可以 提高铝基体与石墨增强颗粒之间的润湿性[ 27] 。李子 全[ 28] 应用搅熔铸造工艺研究了经预处理的 SiC 颗粒 在加镁的 ZA-27 合金中的卷入 、 分散和润湿过程 。 由于发生了存在于 SiC 颗粒表面的 SiO2 与由于加 M g 而降低表面能的合金液间的润湿 , 并在旋涡能 的促进下, SiC 能呈单粒状分散在熔体中 ;在高温 搅拌时 , 由于 SiO2 与合金液中的活性原子 M g 和 A l 等发生界面反应, 促进了 SiO2 与合金液间的进 一步润湿, 随后 SiC 颗粒能与合金液发生非反应润 湿的主要原因是界面反应提供了无气洁净的 SiC 表 面 。 另外, 还可以增加增强相的表面能、 减少熔化 金属基体的表面张力和基体与增强相之间的界面能 来改善其润湿性 。同时金属基复合材料在设计和制 备过程中应尽可能界面控制化学反应, 减少氧化物 形成。通过有效控制界面化学反应来改善其润湿性 , 过分的界面化学反应会使界面区成为薄弱环节 , 导 102
致复合材料性能下降 弊,有选择地进行取舍。 42界面反应9 般来说,金属基复合材料随增强体含量的增 金属基复合材料的界面结构硏究是近年来硏究加,其塑性下降很快。为进一步提髙金属基复合材 重点之一,目的在于通过了解材料微观结构,有效料的力学性能,改善其塑性.胡连喜采用挤压变 地控制复合材料性能。一般来说,金属基复合材料形方法来消除铸造缺陷,提髙其力学性能.贾玉 的力学性能很大程度上是由基体与增强相之间的界玺3通过挤压加工消除siC/Al复合材料中的疏松 面结构与属性来决定的。金属基复合材料的界面有气孔等缺陷,大幅度提高复合材料的强度和塑性 3种类型,而且界面以5种不同的方式结合,因此另外,李四清等对复合材料固溶时效处理工艺 界面结构非常复杂。牢固的结合界面使得复合材料复合材料经a+3相区固溶时效处理后,其室温拉伸 的弹性模量和抗拉强度增加,界面强度的高低取决强度和塑性得到改善。采用β相区固溶时效处理, 于基体的种类与化学成分、增强相的组成与表面状材料的持久和蠕变性能明显地改善,而拉伸性能仍 态及复合材料制备方法。为了最大限度地增加基体/保持了较高地水平。 增强相的界面结合强度,有必要改善基体/增强相的 复合材料增强机理研究认为增强体分布在基体 润湿性,控制化学反应,尽可能地减少氧化物的形合金中,同时引入了大量的界面以及高密度位错缠 成。基体/增强相之间的相互作用以机械锁定或化学结,其晶粒度与基体合金相比偏小。因此,其增强 粘结两种形式存在。对于非反应体系,界面被认为机理除第二相陶瓷的作用外,还源于基体中存在的 是一个相对固定的简单边界,能用一个理想化的界高密度位错和晶粒细化作用3-。K.F.Ho等 面模型来模拟取决于基本的晶体学参数和相邻相研究了细铜颗粒増强相AZ9Ⅰ镁合金的机械属性, 的电子结构,静电反应起支配作用。对于反应体系,结果表明:铜作为增强相加入于AZ91A中,刚度、 化学反应起支配作用。反应产物的形成和至少两个0.2%屈服强度和极限抗拉强度提高但塑性降低。 界面边界的生长使界面问题复杂化,难以用粗糙的陈建刚等灲研究认为碳化硅颗粒增强镁基复合材料 界面模型来模拟。而对于陶瓷一金属体系来说大损伤曲线分为3个阶段.初始损伤阶段(高速率线 多是反应体系,界面化学反应对制备工艺、性能控性阶段);损伤延迟阶段(低速率平缓阶段);损伤 制有着非常重要的影响, Sanjay Kum ar Thakur加速阶段。顾金海等在纤维增强的镁基复合材料 等研究认为基体与增强体之间的界面强度可以用中,通过在纤维表面沉积一层热解碳而获得了一种 增强颗粒的微观硬度和晶间距离来表示;通常,在特殊的界面层,研究了该复合材料的阻尼性能。研 铝基复合材料中对S论增强颗粒进行金属涂覆(如究认为:低温时,位错阻尼、界面阻尼和组元的本 Ni,Cu)处理可以获得更好的界面特性;在铝基/征阻尼起了重要的作用,而高温时的主要阻尼机制 镁基复合材料中,经过氧化处理的SiCp增强体以复为界面阻尼和晶界阻尼。罗守靖认为挤压浸渗的 杂的形式影响其界面特性(可能是由于在界面上形C/Al复合材料经挤压后的管材性能,抗拉强度 成了反应物);在增强颗粒金属基复合材料中的界面540Mpa,弹性模量95Gpa延伸率2%;适宜挤压 特性可以由晶间距离与颗粒的硬度、磨损和摩擦系工艺为:变形温度460℃-480℃模具温度390℃ 数之间的相互关系来测定,崔岩等尝试了一种控420℃挤压比10-18.张小农等研究认为增 制SiCP/Al复合材料界面状态与性能的新途径,并强物的加入提高了纯镁的强度,但同时也减小了复 首次应用声发射检测技术及其信号的小波分析新方合材料阻尼的应变振幅效应,从而降低了其阻尼性 法对控制效果进行评估。研究表面:声发射行为的能。研究证明该镁基复合材料的阻尼行为可按G 小波分析技术能够描述和区分 SicP /AI复合材料承L位错阻尼理论解释,与纯镁一致。 载及断裂过程中的界面力学行为 4.4计算机模拟 43复合材料力学性能 随着计算机数值模拟技术的不断改进,计算机 通常,制备复合材料的目的是为了改善其机械模拟技术作为产品设计、生产、加工等主要的辅助 属性,如:抗拉强度、杨氏模量、蠕变强度和疲劳手段,其应用范围不断扩大,已开始应用于金属基 强度。抗拉强度与刚度的改善是以损失复合材料的复合材料。其理论分析方法有:自洽模型、微分法 其它性能为代价的(如:复合材料的塑性)。因此,复合圆柱族模型、 Eshelby等效夹杂物和Moni 制备金属基复合材料时应全面衡量其综合性能的利 Tanaka模型等等。目前,随着有限元软件的不断发 103 ?1994-2014chinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
致复合材料性能下降 。 4. 2 界面反应[ 29] 金属基复合材料的界面结构研究是近年来研究 重点之一, 目的在于通过了解材料微观结构, 有效 地控制复合材料性能。一般来说 , 金属基复合材料 的力学性能很大程度上是由基体与增强相之间的界 面结构与属性来决定的。金属基复合材料的界面有 3 种类型 , 而且界面以 5 种不同的方式结合 , 因此 界面结构非常复杂 。牢固的结合界面使得复合材料 的弹性模量和抗拉强度增加, 界面强度的高低取决 于基体的种类与化学成分、 增强相的组成与表面状 态及复合材料制备方法。为了最大限度地增加基体/ 增强相的界面结合强度, 有必要改善基体/增强相的 润湿性 , 控制化学反应, 尽可能地减少氧化物的形 成。基体/增强相之间的相互作用以机械锁定或化学 粘结两种形式存在。对于非反应体系 , 界面被认为 是一个相对固定的简单边界, 能用一个理想化的界 面模型来模拟, 取决于基本的晶体学参数和相邻相 的电子结构, 静电反应起支配作用 。对于反应体系, 化学反应起支配作用 。反应产物的形成和至少两个 界面边界的生长使界面问题复杂化 , 难以用粗糙的 界面模型来模拟。而对于陶瓷 - 金属体系来说, 大 多是反应体系, 界面化学反应对制备工艺、 性能控 制有着非常重要的影响 [ 30] 。 Sanjay Kumar Thakur 等 [ 31] 研究认为基体与增强体之间的界面强度可以用 增强颗粒的微观硬度和晶间距离来表示;通常, 在 铝基复合材料中对 SiCp 增强颗粒进行金属涂覆 (如 Ni , Cu) 处理可以获得更好的界面特性;在铝基/ 镁基复合材料中 , 经过氧化处理的 SiCp 增强体以复 杂的形式影响其界面特性 (可能是由于在界面上形 成了反应物);在增强颗粒金属基复合材料中的界面 特性可以由晶间距离与颗粒的硬度 、 磨损和摩擦系 数之间的相互关系来测定。崔岩等[ 32] 尝试了一种控 制 SiCP /Al 复合材料界面状态与性能的新途径, 并 首次应用声发射检测技术及其信号的小波分析新方 法对控制效果进行评估 。研究表面 :声发射行为的 小波分析技术能够描述和区分 SiCP /Al 复合材料承 载及断裂过程中的界面力学行为。 4. 3 复合材料力学性能 通常 , 制备复合材料的目的是为了改善其机械 属性 , 如 :抗拉强度 、 杨氏模量 、 蠕变强度和疲劳 强度 。抗拉强度与刚度的改善是以损失复合材料的 其它性能为代价的 (如:复合材料的塑性)。因此, 制备金属基复合材料时应全面衡量其综合性能的利 弊 , 有选择地进行取舍。 一般来说, 金属基复合材料随增强体含量的增 加 , 其塑性下降很快。为进一步提高金属基复合材 料的力学性能, 改善其塑性, 胡连喜 [ 33] 采用挤压变 形方法来消除铸造缺陷 , 提高其力学性能。贾玉 玺[ 23] 通过挤压加工消除 SiC /Al 复合材料中的疏松 、 气孔等缺陷, 大幅度提高复合材料的强度和塑性 。 另外, 李四清等 [ 34] 对复合材料固溶时效处理工艺 , 复合材料经 α+β 相区固溶时效处理后 , 其室温拉伸 强度和塑性得到改善 。采用 β 相区固溶时效处理 , 材料的持久和蠕变性能明显地改善 , 而拉伸性能仍 保持了较高地水平。 复合材料增强机理研究认为增强体分布在基体 合金中 , 同时引入了大量的界面以及高密度位错缠 结 , 其晶粒度与基体合金相比偏小。因此, 其增强 机理除第二相陶瓷的作用外 , 还源于基体中存在的 高密度位错和晶粒细化作用[ 35 ～ 36] 。 K. F. Ho 等[ 37] 研究了细铜颗粒增强相 AZ91 镁合金的机械属性 , 结果表明:铜作为增强相加入于 AZ91A 中 , 刚度 、 0. 2 %屈服强度和极限抗拉强度提高, 但塑性降低 。 陈建刚等[ 38] 研究认为碳化硅颗粒增强镁基复合材料 损伤曲线分为 3 个阶段, 初始损伤阶段 (高速率线 性阶段);损伤延迟阶段 (低速率平缓阶段);损伤 加速阶段。顾金海等[ 39] 在纤维增强的镁基复合材料 中 , 通过在纤维表面沉积一层热解碳而获得了一种 特殊的界面层, 研究了该复合材料的阻尼性能 。研 究认为 :低温时, 位错阻尼、 界面阻尼和组元的本 征阻尼起了重要的作用, 而高温时的主要阻尼机制 为界面阻尼和晶界阻尼。罗守靖 [ 40] 认为挤压浸渗的 Csf /Al 复合材料经挤压后的管材性能 , 抗拉强度 540M pa , 弹性模量 95Gpa , 延伸率 2 %;适宜挤压 工艺为 :变形温度 460 ℃～ 480 ℃, 模具温度 390 ℃ ～ 420 ℃, 挤压比 10 ～ 18 。张小农等 [ 41] 研究认为增 强物的加入提高了纯镁的强度 , 但同时也减小了复 合材料阻尼的应变振幅效应 , 从而降低了其阻尼性 能 。研究证明该镁基复合材料的阻尼行为可按 G - L 位错阻尼理论解释 , 与纯镁一致。 4. 4 计算机模拟 随着计算机数值模拟技术的不断改进, 计算机 模拟技术作为产品设计 、 生产 、 加工等主要的辅助 手段, 其应用范围不断扩大 , 已开始应用于金属基 复合材料。其理论分析方法有 :自洽模型、 微分法 、 复合圆柱族模型、 Eshelby 等效夹杂物和 M o ri - Tanaka 模型等等 。目前, 随着有限元软件的不断发 103
展,国内外许多学者采用有限元方法对复合材料进 热加工工艺,2004(3):58-61 行了研究。柴东朗等采用三维有限元模型分析了161李锋林立童晓等,镁合金及其复合材料超塑性的研究 颗粒增强镁基复合材料中颗粒的分布形态对材料微 现状[.铸造,200352(7):455-461 η]董群,陈礼清,赵明,等.镁基复合材料制备技术,性能及 区力学状态的影响。模拟了在外加载荷σ=200Mpa 应用发展概[.材料导报.200418(4):86-90 时,材料的主要失效方式为界面脱离和基体开裂.181周惦武庄厚龙刘金水等,镁合金材料的研究进展与发 不存在颗粒断裂的危险。并直观地显示其计算结果 展趋势[.河南科技大学学报(自然科学版200425 李晓军等圳采用有限元方法仿真模拟了SiCp颗粒增 l4-18 强镁基复合材料中实际形状的增强体周围的微区应19任德亮丁占来齐海波等ScA复合材料显微结构 与性能的研究[.19995(5):53-56 力场。实验结果与有限元方法模拟吻合较好。胡培1q梅志崔昆顾明元等,液态搅排铸造SC及S02(P) 等4在提出新的复合材料模型的基础上,推导了应 增强Al-4wt%Mg基复合材的界面反应研究[身.复合材 变集中系数的方程,然后通过蒙特卡罗法模拟单向 料学报 8.15(4):43-47 复合材料的拉伸断裂过程并进行比较,比较后得出I1曾国勋黎祚坚朱和样,等,液相搅拌铸造法制备siC 了基体对复合材料断裂过程的影响,新的模型更加 Al复合材料的力学性能[J.特种铸造及有色合金 符合实际情况。G.M. New az等计算模拟了陶瓷 6:37-39 12 Zheng M Y, WuK, Kam ado S et al Aging behavior of 基复合材料中混合模式层状裂纹生长的特性 squeeze cast SiCw /AZ91 magnesiu mm atrix Composite [J 总之,在制备金属基复合材料时,运用计算机 Materials Science and Engin eering. 2003. A 348: 67-75 模拟技术针对其热力学和动力学过程进行仿真模拟.[13谭彦显周劲晖,蔡叶,SsCp/Mg(AZ81)镁基复合材料制 可以清楚地了解基体/增强体界面反应的过程,减少 备工艺的优化[.热加工艺,1998422-24 复杂实验过程中其它因素的影响,节省生产和研发114 romanova 2 L kac. erke, al St ability o miero 成本,同时采用计算机模拟还可以掌握复合材料受 turt ure in magnesium reinforced by nanoscaled alumina part cles [J]. M aterials Science and E ngineer, 1997, 789: A234 到极限载荷时的破坏及失效形式,为金属基复合材 236 料的结构一性能一制备一体化设计开辟新的研究途[1习郗雨林张文兴,柴东琅等,复合材料工艺及性能的研究 径 .热加工工艺,2001,5:24-26 16郗雨林张文兴,柴东琅,等,粉末冶金法制备了SiC颗料 5结束语 及晶须增强MBl5镁基复合材料组织及性能的研究[.热 加工工艺,2002,(1):51-53 当前,金属基复合材料的制备工艺及理论研究 Iη张玉龙,先进复合材料制造技术手册IM].北京:机械工 发展很快,但仍处在研究阶段,还未进入批量生产, 业出版社,2003 少量产品虽有制品,但距离实际应用还有一段距离。I8牛玉超边秀房耿浩然等,A2OyPA35锌基复合材 金属基复合材料在提高强度、硬度、弹性模量的同 的制备及其磨擦性能[』.中国有色金属学报,200414 时,却大大地降低了其塑性,不利于对复合材料二 (4):502-506 次塑性加工。但随着半固态成形技术和理论不断成 I9崔峰,耿浩然钱宝光等.原位反应生成TiB2/ZA27复 合材料的制备与性能[.复合材料学报200421(4) 熟与发展。为金属基复合材料的半固态成形开拓了 新的发展方向 20黄赞军,胡敦茺杨滨等·原位A2O3颗粒强化铝基复合 参考文献 材料的研究[』.金属学报.200238(6):568-574 [21] Frantisek C. Pavel L, Jens K, et al Characteristics of ther [1] Hai Z Y, Xing Y L Review of recent s tudies in magnesiu ma al cycling in a magnesium alloy composite[ J]. Materials osites [J]. Journal of materials science 2004 Science and Engineering, 2002. A325: 320-323 39:6153-617L 22 Inem B Dy namic recrystallization in a thermome hari cally 2]李新林王慧远,姜启川·颗粒拉增强镁基复合材料的研究现 processed metal m at rix composite J. Materials Science and 状及发展趋势[』.材料科学与工艺,200,9(2):219 Engineering. 1995. A197: 91-95 2习贾玉玺,挤压加工对SiC/复合材料组织和性能的影响 「3]李荣华黄继华,殷声,镁基复合材料研究现状与展望 』.塑性工程学报.20007(4):5-8 材料导报,200216(8):17-1 24] Hu Lianxi. Wang Erde Fabric ation and mechani cal poper 4]胡茂良,吉泽升,宋润宾,等,镁基复合材料国内外研究现 ties of SiCw: ZK51A magnesium matrix composite by two 状及展望[.轻合金加工技术,200432(11):10-14 step squeeze casting J). Materials Science and Engineering I5张修庆,滕新营,王浩伟·镁基复合材料的制备工艺[』 2000(A28):267-27L ?1994-2014chinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
展, 国内外许多学者采用有限元方法对复合材料进 行了研究 。柴东朗等[ 42] 采用三维有限元模型分析了 颗粒增强镁基复合材料中颗粒的分布形态对材料微 区力学状态的影响 。模拟了在外加载荷 σ=200M pa 时, 材料的主要失效方式为界面脱离和基体开裂, 不存在颗粒断裂的危险。并直观地显示其计算结果。 李晓军等 [ 43] 采用有限元方法仿真模拟了 SiCP颗粒增 强镁基复合材料中实际形状的增强体周围的微区应 力场。实验结果与有限元方法模拟吻合较好。胡培 等[ 44] 在提出新的复合材料模型的基础上 , 推导了应 变集中系数的方程 , 然后通过蒙特卡罗法模拟单向 复合材料的拉伸断裂过程并进行比较 , 比较后得出 了基体对复合材料断裂过程的影响 , 新的模型更加 符合实际情况。 G. M. New az 等[ 45] 计算模拟了陶瓷 基复合材料中混合模式层状裂纹生长的特性 。 总之 , 在制备金属基复合材料时, 运用计算机 模拟技术针对其热力学和动力学过程进行仿真模拟, 可以清楚地了解基体 /增强体界面反应的过程 , 减少 复杂实验过程中其它因素的影响 , 节省生产和研发 成本 , 同时采用计算机模拟还可以掌握复合材料受 到极限载荷时的破坏及失效形式 , 为金属基复合材 料的结构一性能一制备一体化设计开辟新的研究途 径。 5 结束语 当前 , 金属基复合材料的制备工艺及理论研究 发展很快 , 但仍处在研究阶段 , 还未进入批量生产, 少量产品虽有制品, 但距离实际应用还有一段距离。 金属基复合材料在提高强度 、 硬度 、 弹性模量的同 时, 却大大地降低了其塑性, 不利于对复合材料二 次塑性加工。但随着半固态成形技术和理论不断成 熟与发展 。为金属基复合材料的半固态成形开拓了 新的发展方向。 参考文献: [ 1 ] H ai Z Y, Xin g Y L. Review of recent studies in magnesiu m atrix com posit es [ J] . J ou rnal of mat erials s cien ce, 2004 , 39:6153 6171. [ 2 ] 李新林, 王慧远, 姜启川. 颗粒增强镁基复合材料的研究现 状及发展趋势 [ J] . 材料科学与工艺, 2001 , 9 (2):219 224. [ 3 ] 李荣华, 黄继华, 殷声. 镁基复合材料研究现状与展望[ J] . 材料导报, 2002 , 16 (8):17 19. [ 4 ] 胡茂良, 吉泽升, 宋润宾, 等. 镁基复合材料国内外研究现 状及展望 [ J] . 轻合金加工技术, 2004 , 32 (11):10 14. [ 5 ] 张修庆, 滕新营, 王浩伟. 镁基复合材料的制备工艺 [ J] . 热加工工艺, 2004 , (3):58 61. [ 6 ] 李锋, 林立, 童晓, 等. 镁合金及其复合材料超塑性的研究 现状 [ J] . 铸造, 2003 , 52 (7):455 461. [ 7 ] 董群, 陈礼清, 赵明, 等. 镁基复合材料制备技术、 性能及 应用发展概 [ J] . 材料导报, 2004 , 18 (4):86 90. [ 8 ] 周惦武, 庄厚龙, 刘金水, 等. 镁合金材料的研究进展与发 展趋势 [ J] . 河南科技大学学报 (自然科学版), 2004 , 25 (3):14 18. [ 9 ] 任德亮, 丁占来, 齐海波, 等. S iCp /Al 复合材料显微结构 与性能的研究 [ J] . 1999, 5 (5):53 56. [ 10] 梅志, 崔昆, 顾明元, 等. 液态搅拌铸造 SiCP 及 SiO2 (P) 增强 Al 4w t%Mg 基复合材的界面反应研究 [ J] . 复合材 料学报, 1998 , 15 (4):43 47 [ 11] 曾国勋, 黎祚坚, 朱和祥, 等. 液相搅拌铸造法制备 SiCP / Al 复合材料的力学性能 [ J] . 特种铸造及有色合金, 2000 , 6:37 39. [ 12] Zheng M Y , Wu K , Kam ado S , et al. Aging behavior of squeez e cast SiC w /AZ91 magn esiu m m atrix Composite [ J] . Mat erials Sci ence and Engin eering , 2003 , A348:67 75. [ 13] 谭彦显, 周劲晖, 蔡叶. SiC p /Mg (AZ81) 镁基复合材料制 备工艺的优化 [ J] . 热加工艺, 1998 , 4:22 24. [ 14] T rojanova Z, Lu kac P, Ferkel H , et al. St abilit y of microsturture in magnesium reinf orced by nanoscaled alumina particles [ J] . M at eri als S cien ce and E ngineer , 1997 , 789:A234 236. [ 15] 郗雨林, 张文兴, 柴东琅, 等. 复合材料工艺及性能的研究 [ J] . 热加工工艺, 2001 , 5:24 26. [ 16] 郗雨林, 张文兴, 柴东琅, 等. 粉末冶金法制备了 SiC 颗粒 及晶须增强 MB15 镁基复合材料组织及性能的研究 [ J] . 热 加工工艺, 2002 , (1):51 53. [ 17] 张玉龙. 先进复合材料制造技术手册 [ M] . 北京:机械工 业出版社, 2003. [ 18] 牛玉超, 边秀房, 耿浩然, 等. Al2 O3(P) /ZA35 锌基复合材 料的制备及其磨擦性能 [ J] . 中国有色金属学报, 2004 , 14 (4):502 506. [ 19] 崔峰, 耿浩然, 钱宝光, 等. 原位反应生成 TiB2 /ZA27 复 合材料的制备与性能 [ J] . 复合材料学报, 2004 , 21 (4): 87 91. [ 20] 黄赞军, 胡敦芜, 杨滨, 等. 原位 Al2 O3 颗粒强化铝基复合 材料的研究 [ J] . 金属学报. 2002 , 38 (6):568 574. [ 21] Frantisek C , Pavel L, J ens K , et al. Ch aract eristi cs of thermal cycling in a magnesium alloy composite [ J] . Materials Sci ence and Engin eering , 2002 , A325:320 323. [ 22] Inem B. Dy nami c recryst allizati on in a thermomechani cally processed m et al m atrix comp osite [ J] . Mat erials S cience and Engin eering , 1995 , A197:91 95. [ 23] 贾玉玺. 挤压加工对 SiC /Al 复合材料组织和性能的影响 [ J] . 塑性工程学报, 2000 , 7 (4):5 8. [ 24] Hu Lianxi, Wang Erde. Fabrication and mechani cal p roperti es of SiCw :ZK51A magnesium matri x composit e by tw ost ep squeeze casting [ J] . Mat erials Science and E ngineering , 2000 , (A278):267 271. 104
2高珊,赵浩峰付珍,镁基复合材料液态成形技术的发展 matrix micros truct ure in the creep behaviour of discon tin 特种铸造及有色合金2003增刊:57-59 fiber reinforced AZ91 magnesium alloy J|. materials Sci [26 Noguchi A. Ez aw a L. Kaneko J et al SiC /M= Ce and M: Ca ce and Engineering, 2002. A 324: 151-156 s obtained by spray forming J. Journal of 36 Hu H Grain microstructure evolut ion of AM 50A NiC. metal Japan Instit ute of Light Meala 1995. 45(2):64 matrix composites [ J. Scr M ater, 1998. 39(8):101 [27] M ayencourt C Schaller R. Mechanica stress 37 Manoharan M. Gupta M. Lai M O, et al Application of magnesium based com posites J. Materials Scie model for work hardening beh aviour of sicreinforced ma gineering 202. A325: 286-291 um based met al matrix composites J]. Materials Science 28李子全.预处理SC颗粒在ZA27合金中的分散润湿过程和 and Technology, 2000. 16(6):670-674 界面反应模型[J·南京航空航天大学学报、200234[38陈建刚,张文兴,柴东朗,碳化硅颗粒增强镁基复合材料损 伤性能的研究[』金属功能材料,20029(2):33-35. 29 Huang Y Hort N, Dieringa H, et aL. M icrostructural im[39顾金海,张小农,顾明元,纤维增强AZ91镁基复合材料的 阻尼性能[』.航空材料学报.200424(6):29-33 si2 Cu MgNi composites[J. Acta m ateralia,200549罗守靖张广安,CAl复合材料管的制备与性能[.锻 (53):3913-3923 压技术20034:25-27 3孙国雄,廖恒成,潘冶·颗粒增强金属基复合材料的制备技[4η张小农,张荻,吴人沽等·增强物的加入对纯镁阻尼性能 术和界面反应与控制[。特种铸造及有色金属,19984 的影响[.复合材料学报.199815(2):14-16 42柴东朗,曹利强。李晓军等.镁基复合材料微区力学状态 [31 San jay K T. Brij K D. The influe nce of interfacial characteris 的有限元分析[.稀有金属材料与工程200534(1) cs between SiC p and Mg/Al metal m at rix on wear [J. Co efficient of friction and micro. 2001. 247: 191-20 4彐李晓军,柴东朗.SiCp颗粒增强镁基复合材料微区应力场的 32崔岩,史文方,SCp/Al复合材料界面控制与评价新方法 仿真模拟[』.金属学报.200440(9):927-929 .航空学报,200021(6):571-574 44胡培,薛元德·单向拉伸复合材料断裂过程的计算机模拟 3胡连喜.李小强王尔德等。挤压变形对 SiCw ILK51A .纤维复合材料,19916(2):29-32 基复合材料组织和性能德影响[.中国有色金属学报14 Nawaz G M, Bonora n, K rishnappa M. Compu tat ional ana 00010(5):680-683 ysis of mixed mode delamination crack g row th in a woven lam 34李四清、刘瑞民,TME2复合材料固溶处理工艺[.金属 学报,2002.Sup}38(9):505-506 Technology19959:2287-2292 [35 Swob oda M. Pahu tova M, Kucharova K. et al The role of 会讯 206年先进轧钢精整工艺、装备和工具技术学术研讨会会议纪要 由北京机械工程学会、中国金属学会轧钢学会主办、北京科技大学材料科学与工程学院承办的“2006先进轧钢精整工 艺、装备和工具技术学术研讨会”于2006年10月15-17日在北京科技大学会议中心召开 会议是在冶金降低成本、全面提高产品质量的背景下召开的,是国内首次以“轧钢精整工艺、装备和工具技术”为主题 的学术研讨会。 会议的宗旨:搭建平台、促进交流、明确主题、共同发展, 与会领导和嘉宾有:中国金属学会常务理事、北京科技大学韩静涛教授.中国金属学会轧钢学会副秘书长王耀琨教授 北京机械工程学会副秘书长张乃蕴教授,中国金属学会张岩主任、 Iks Klingelnberg GmbH首席运营官 Thomas Lumpen博 土、中钢集团赵发忠处长、北京科技大学材料科学与工程学院副院长于广华教授 与会代表共86人,提交会议论文35篇,会议出版了“2006先进轧钢精整工艺、装备和工具技术学术研讨会文集”。27 家国内外生产企业选派代表参加了此次会议,其中包括主要生产企业有宝钢、鞍钢、武钢、邯钢、攀钢、济钢、太钢、青钢 南钢、马钢等,设计研究院所有攀钢设计院、首钢设计院等.大型国际工贸公司有中国钢铁工贸集团公司等高等学校有北 京科技大学、河北理工大学等,国外企业有德国爱凯思·凯林堡集团公司、西班牙法格·塞达公司、美国康耐视公司等,新 闻出版单位有中国冶金工业出版社、塑性工程学报、锻压技术杂志等 会学术报告与交流。与会代表从钢铁工业的现状、发展趋势、产品质量控制到精整工艺、装备和工业技术、企业技术 等,从多角度、多层面进行了分析交流和热烈的讨论,达成了共识。提出了问题 与会企业代表召开了技术沙龙讨论会,探讨了成立“轧钢精整工艺、装备和工具技术”协作网问题与会代表反映强烈, 一致认为成立该领域的协作网非常有必要,加强合作和交流是大势所趋 会议初步议定“轧钢精整工艺装备和工具技术学术研讨会”,每2年举办一次,下次会议初步确定为2008年9月 北京科技大学材料科学与工程学院韩静涛报道 ?1994-2014chinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
[ 25] 高珊, 赵浩峰, 付珍. 镁基复合材料液态成形技术的发展 [ J] . 特种铸造及有色合金, 2003 , 增刊:57 59. [ 26] Nogu chi A , Ez aw a I , Kanek o J, et al. SiC /Mg-Ce an d Mg-Ca alloy composites obt ain ed by s pray forming [ J] . Journal of J apan Institut e of Light Met ala, 1995 , 45 (2):64. [ 27] Mayencou rt C , S challer R. Mechani cal-stress relaxation in magnesium-based com posit es [ J] . Materials Science and Engineerin g. 2002 , A325:286 291. [ 28] 李子全. 预处理 SiC 颗粒在 ZA-27 合金中的分散润湿过程和 界面反应模型 [ J] . 南京航空航天大学学报, 2002 , 34 (3):240 244. [ 29] H uang Y D, H ort N , Dieringa H , et al. Microstructu ral investi gations of int erf aces in short fiber reinforced AlSi12CuMgNi composites [ J] . Acta M at eri alia , 2005 , (53):3913 3923. [ 30] 孙国雄, 廖恒成, 潘冶. 颗粒增强金属基复合材料的制备技 术和界面反应与控制 [ J] . 特种铸造及有色金属, 1998 , 4: 12 17. [ 31] S an jay K T. Brij K D. The influence of int erfacial characteristics between SiC p and Mg /Al metal m atrix on wear [ J] . Coefficient of friction and microhardness, 2001 , 247:191 201. [ 32] 崔岩, 史文方. SiCP /Al 复合材料界面控制与评价新方法 [ J] . 航空学报, 2000 , 21 (6):571 574. [ 33] 胡连喜, 李小强, 王尔德, 等. 挤压变形对 SiC W /ZK51A 镁 基复合材料组织和性能德影响 [ J] . 中国有色金属学报, 2000 , 10 (5):680 683. [ 34] 李四清, 刘瑞民. TM C-2 复合材料固溶处理工艺 [ J] . 金属 学报, 2002 , S uppl, 38 (9):505 506. [ 35] S vob oda M , Pahu tova M , Kucharova K , et al. Th e role of matrix microstru cture in the creep behavi ou r of discon tin uous fiber-reinf orced AZ91 magnesium alloy [ J] . materials S cien ce and En gineering , 2002 , A324:151 156. [ 36] H u H. Grain microstru cture evolution of AM 50A /S iC , metal matrix composit es [ J] . Scr M at er , 1998 , 39 (8):1015 [ 37] Manoharan M , Gupt a M , Lai M O , et al. Ap plicati on of model f or w ork h ardening beh aviour of sicreinf orced magnesium based met al matrix composites [ J] , Mat erials Sci ence and Technology , 2000 , 16 (6):670 674. [ 38] 陈建刚, 张文兴, 柴东朗. 碳化硅颗粒增强镁基复合材料损 伤性能的研究 [ J] . 金属功能材料, 2002 , 9 (2):33 35. [ 39] 顾金海, 张小农, 顾明元. 纤维增强 AZ91 镁基复合材料的 阻尼性能 [ J] . 航空材料学报, 2004 , 24 (6):29 33. [ 40] 罗守靖, 张广安. Csf /Al 复合材料管的制备与性能 [ J] . 锻 压技术, 2003 , 4:25 27. [ 41] 张小农, 张荻, 吴人洁, 等. 增强物的加入对纯镁阻尼性能 的影响 [ J] . 复合材料学报, 1998 , 15 (2):14 16. [ 42] 柴东朗, 曹利强, 李晓军, 等. 镁基复合材料微区力学状态 的有限元分析 [ J] . 稀有金属材料与工程, 2005 , 34 (1): 60 63. [ 43] 李晓军, 柴东朗. SiCP颗粒增强镁基复合材料微区应力场的 仿真模拟 [ J] . 金属学报, 2004 , 40 (9):927 929. [ 44] 胡培, 薛元德. 单向拉伸复合材料断裂过程的计算机模拟 [ J] . 纤维复合材料, 1999 , 16 (2):29 32. [ 45] Newaz G M , Bonora N , K rishnappa M. Compu tational analysis of mi xed-mode delaminati on crack g row th in a woven laminated ceramic-matri x composite [ J] . Composites Sci ence and T echnology , 1999 , 59:2287 2292. 会讯 2006 年先进轧钢精整工艺 、 装备和工具技术学术研讨会会议纪要 由北京机械工程学会、 中国金属学会轧钢学会主办、 北京科技大学材料科学与工程学院承办的 “ 2006 先进轧钢精整工 艺、 装备和工具技术学术研讨会” 于 2006 年 10 月 15 - 17 日在北京科技大学会议中心召开。 会议是在冶金降低成本、 全面提高产品质量的背景下召开的, 是国内首次以 “ 轧钢精整工艺、 装备和工具技术” 为主题 的学术研讨会。 会议的宗旨:搭建平台、 促进交流、 明确主题、 共同发展。 与会领导和嘉宾有:中国金属学会常务理事、 北京科技大学韩静涛教授, 中国金属学会轧钢学会副秘书长王耀琨教授, 北京机械工程学会副秘书长张乃蕴教授, 中国金属学会张岩主任、 IKS Klingelnberg GmbH 首席运营官 Thomas Klumpen 博 士、 中钢集团赵发忠处长、 北京科技大学材料科学与工程学院副院长于广华教授。 与会代表共 86 人, 提交会议论文 35 篇, 会议出版了 “ 2006 先进轧钢精整工艺、 装备和工具技术学术研讨会文集” 。 27 家国内外生产企业选派代表参加了此次会议, 其中包括主要生产企业有宝钢、 鞍钢、 武钢、 邯钢、 攀钢、 济钢、 太钢、 青钢、 南钢、 马钢等, 设计研究院所有攀钢设计院、 首钢设计院等, 大型国际工贸公司有中国钢铁工贸集团公司等, 高等学校有北 京科技大学、 河北理工大学等, 国外企业有德国爱凯思 凯林堡集团公司、 西班牙法格 塞达公司、 美国康耐视公司等, 新 闻出版单位有中国冶金工业出版社、 塑性工程学报、 锻压技术杂志等。 大会学术报告与交流。 与会代表从钢铁工业的现状、 发展趋势、 产品质量控制到精整工艺、 装备和工业技术、 企业技术 改造等, 从多角度、 多层面进行了分析交流和热烈的讨论, 达成了共识, 提出了问题。 与会企业代表召开了技术沙龙讨论会, 探讨了成立 “ 轧钢精整工艺、 装备和工具技术” 协作网问题, 与会代表反映强烈, 一致认为成立该领域的协作网非常有必要, 加强合作和交流是大势所趋。 会议初步议定 “ 轧钢精整工艺装备和工具技术学术研讨会” , 每 2 年举办一次, 下次会议初步确定为 2008 年 9 月。 北京科技大学材料科学与工程学院 韩静涛 报道 105