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