铝合金基体中MgAl2O4纳米晶须的原位可控生长及复合材料的增强机制
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:51571147
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:62.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:E0105.金属基复合材料与结构功能一体化
- 结题年份:2019
- 批准年份:2015
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2016-01-01 至2019-12-31
- 项目参与者:王颖; 沙军威; 曹汇尧; 郭成; 马松地; 逯慧慧;
- 关键词:
项目摘要
Spinel (MgAl2O4) whisker with low defect density, high temperature mechanical and chemical properties as well as high-strength and high hardness, low mismatch to aluminum lattice, has been considered as a new reinforcement of aluminum matrix composites. In this project, in situ reaction synthesis method at low temperatures will be developed to prepare nano spinel whiskers reinforced aluminum alloy matrix composites. The effects of synthesis system, sintering pressure, sintering temperature, and composition of aluminum alloy matrix on the shape, size, and amount of the spinel whisker will be investigated to optimize the parameters controlling the growth of the whiskers. Nanosize MgAl2O4 whiskers will be homogenously dispered in the matrix. The influences of whisker content, size, morphology, and distrobution of the whiskers in the matrix, as well as the aging treatment on the deformation behavior and mechanical preperites will be systematically investigated. The formation mechanism and evolution of the interface between the whisker and aluminum matrix and the interaction between the whisker-reinforced effect and age strengthening mechanism will be evaluated. The relationship among microstructure, structure and properties will be established to develop low-cost, high yield preparation techniques for aluminum matrix composites.
镁铝尖晶石(MgAl2O4)晶须具有低的晶体缺陷、稳定的高温力学性能和化学性能以及高强度和高硬度,与铝的晶格错配度低,是一种新型的铝基复合材料增强体。本项目采用在铝合金基体中原位反应合成晶须的方法制备MgAl2O4纳米晶须增强铝合金基复合材料。研究原位反应体系、烧结压力、烧结温度等成型条件以及基体铝合金成分对复合材料中原位生成晶须的形状、尺寸、含量等的影响,揭示晶须在铝合金基体内的可控生长途径,以获得在铝合金基体内均匀分布的MgAl2O4纳米晶须。研究晶须含量、尺寸、形态、分布状况以及固溶时效热处理对复合材料变形行为以及力学性能、物理性能的影响,揭示反应合成过程中晶须与铝合金基体之间的界面形成机制以及晶须强化机制和时效强化机制的交互作用机理。建立复合材料组织、结构与性能之间的关系,为原位晶须增强铝基复合材料的进一步开发和应用打下基础。
结项摘要
晶须增强铝基复合材料具有高比强度、高比模量、高热稳定性等特点,在航空航天、精密仪器等领域应用广泛。本项目通过实验和计算模拟对原位合成晶须增强铝基复合材料的微观结构、晶须的生长机制、增强体与基体的取向关系与界面结构、复合材料的力学性能与强化机制进行了系统的研究,得到以下结论:. 以硼粉、镁粉、铝粉为原料,通过球磨-热压工艺制备了MgAlB4晶须增强铝基复合材料。MgAlB4晶须呈六棱柱形,沿[0001]晶向伸长,侧面为{10-10}晶面族。采用低能球磨-冷压-烧结-热挤压工艺在铝基体中原位合成了γ-Al2O3晶须,其直径为5-50 nm,长径比为10-20,在铝基体中相互搭接成网状骨架。.原位生长的晶须与基体保持特定的取向关系。MgAlB4/Al界面存在两种取向关系:OR1-[10-10]w//[011]Al,(0-112)w//(200)Al或[10-10]w//[011]Al,(0002)w//(1-11)Al,在该取向关系下晶须与铝基体以共格界面形式结合;OR2-[10-10]w//(011)Al, (0002)w//(-220)Al,MgAlB4在(0002)表面上与铝基体形成近共格界面,而在(10-10)表面形成2×5 CSL界面结构。原位生长的γ-Al2O3晶须与铝基体界面结合良好,晶须与铝基体的界面为半共格关系。. 计算结果表明MgAlB4晶须的拉伸强度和杨氏模量分别为25.5 GPa和380 GPa,表明MgAlB4晶须是理想的铝基复合材料的增强体。复合材料织构在热挤压变形过程中形成,主要的形变织构有黄铜织构{011}<211>(35°,45°,0°),S织构{423}<0-76>(50°,60°,65°)和{247}<4-31>(20°,35°,25°)织构。. 热挤压后的MgAl2O4颗粒和MgAlB4纳米棒复合增强铝基复合材料具有细小的等轴晶,且增强体分布于晶界和晶粒内部。与纯铝相比,含20%增强体的复合材料的平均抗拉强度达到528 MPa,比纯铝提高了303%,同时保持6.1%的延伸率。复合材料强度的提高是细晶强化、Orowan强化和荷载传递共同作用的结果,其中荷载传递作用占据主导地位。
项目成果
期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
In situ synthesis of a gamma-Al2O3 whisker reinforced aluminium matrix composite by cold pressing and sintering
冷压烧结原位合成γ-Al2O3晶须增强铝基复合材料
- DOI:10.1016/j.msea.2017.10.063
- 发表时间:2018
- 期刊:Materials Science and Engineering A-Structural Materials Properties Microstructure and Processing
- 影响因子:6.4
- 作者:Qu Xiaoyao;Wang Fucheng;Shi Chunsheng;Zhao Naiqin;Liu Enzuo;He Chunnian;He Fang
- 通讯作者:He Fang
Enhanced mechanical properties and electrical conductivity of graphene nanoplatelets/Cu composites by in situ formation of Mo2C nanoparticles
通过原位形成 Mo2C 纳米颗粒增强石墨烯纳米片/Cu 复合材料的机械性能和电导率
- DOI:10.1016/j.msea.2019.138365
- 发表时间:2019-10-24
- 期刊:MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING A-STRUCTURAL MATERIALS PROPERTIES MICROSTRUCTURE AND PROCESSING
- 影响因子:6.4
- 作者:Guo, Siyuan;Zhang, Xiang;Zhao, Naiqin
- 通讯作者:Zhao, Naiqin
Comparison of electronic structures and mechanical properties of MgAlB4, AlB2 and MgB2 using first-principles calculations
使用第一性原理计算比较 MgAlB4、AlB2 和 MgB2 的电子结构和机械性能
- DOI:10.1016/j.ceramint.2020.02.017
- 发表时间:2020-06
- 期刊:Ceramics International
- 影响因子:5.2
- 作者:Wang Fucheng;Li Jiajun;Shi Chunsheng;Liu Enzuo;He Chunnian;Zhao Naiqin
- 通讯作者:Zhao Naiqin
Microstructural evolution and mechanical behavior of in situ synthesized MgAl2O4 whiskers reinforced 6061 Al alloy composite after hot extrusion and annealing
原位合成MgAl2O4晶须增强6061铝合金复合材料热挤压退火后的显微组织演变和力学行为
- DOI:10.1007/s12598-018-1119-6
- 发表时间:2018-09
- 期刊:Rare Metals
- 影响因子:8.8
- 作者:Hao Geng;Shi Chunsheng;Zhao Naiqin;Liu Enzuo;He Chunsheng;He Fang;Ma Liying
- 通讯作者:Ma Liying
Preparation and mechanical properties of in-situ synthesized nano-MgAl2O4 particles and MgxAl(1-x)B2 whiskers co-reinforced Al matrix composites
原位合成纳米MgAl2O4颗粒与MgxAl(1-x)B2晶须共增强铝基复合材料的制备及力学性能
- DOI:10.1016/j.msea.2018.08.054
- 发表时间:2018-09
- 期刊:Materials Science & Engineering A
- 影响因子:--
- 作者:Wang Fucheng;Li Jiajun;Shi Chunsheng;Zhao Naiqin;Liu Enzuo;He Chunnian;He Fang
- 通讯作者:He Fang
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其他文献
球磨工艺对原位合成碳纳米管增强铝基复合材料的微观组织和力学性能的影响
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- 期刊:材料工程
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- 作者:杨旭东;陈亚军;师春生;赵乃勤
- 通讯作者:赵乃勤
MOF衍化TiO2修饰石墨相氮化碳的光催化性能研究
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- 发表时间:2019
- 期刊:天津大学学报
- 影响因子:--
- 作者:赵新宇;何芳;师春生;闫德道;王晨露
- 通讯作者:王晨露
原位化学气相沉积法制备碳纳米管增强金属基复合材料
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:金属热处理
- 影响因子:--
- 作者:赵乃勤;杜希文;李家俊;师春生;马杰
- 通讯作者:马杰
碳纳米洋葱制备方法的研究进展
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:材料导报
- 影响因子:--
- 作者:师春生;赵乃勤;张晨光
- 通讯作者:张晨光
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师春生的其他基金
石墨烯人工晶界的构筑及其对石墨烯/铜复合材料力学和功能特性的调控机理研究
- 批准号:52371141
- 批准年份:2023
- 资助金额:50 万元
- 项目类别:面上项目
原位合成N掺杂三维碳网络/纳米金属硫化物复合材料及其对多硫化物的锚固效应和催化机理研究
- 批准号:51772206
- 批准年份:2017
- 资助金额:60.0 万元
- 项目类别:面上项目