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无压烧结温度对15%SiC/2009Al复合材料微观组织与力学性能的影响

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材料工程 2024年第5期52卷 76-82页

作者：边鹏博朱士泽张峻凡肖伯律马宗义沈阳理工大学材料科学与工程学院沈阳110158 中国科学院金属研究所沈阳110016

针对传统粉末冶金工艺制备成本高、制备效率低等问题,采用冷等静压结合无压烧结及热挤压工艺制备15%(体积分数,下同)SiC/2009Al复合材料。研究不同烧结温度(600,620,640℃)对15%SiC/2009Al复合材料微观组织及力学性能的影响。结果表明:... 详细信息

针对传统粉末冶金工艺制备成本高、制备效率低等问题,采用冷等静压结合无压烧结及热挤压工艺制备15%(体积分数,下同)SiC/2009Al复合材料。研究不同烧结温度(600,620,640℃)对15%SiC/2009Al复合材料微观组织及力学性能的影响。结果表明:在600℃下烧结,SiC与基体间的结合差,微观下可观察到较多的大尺寸孔隙,材料的致密度低,力学性能差;在640℃高温下烧结,坯锭产生大量液相,并溢出到坯锭表面,造成心部合金元素下降,此外,640℃会引发强烈的界面反应,生成较多大尺寸脆性相,成为材料断裂过程中的裂纹源,导致材料性能下降;620℃为最佳烧结温度,产生较多的液相能填充坯锭中的部分孔隙,进而提高材料致密度以及界面结合强度,复合材料的强度和塑性均取得最佳值,抗拉强度与屈服强度分别达到505,345 MPa,伸长率达到7.2%。

关键词： SiC颗粒铝基复合材料冷等静压烧结温度力学性能

铝粉粒径和热压温度对15%SiC/2009Al复合材料力学性能的影响

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材料研究学报 2024年第6期 401-409页

作者：边鹏博韩修柱张峻凡朱士泽肖伯律马宗义中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心沈阳理工大学材料科学与工程学院北京空天飞行器总体设计部

将不同粒径(13μm和32μm)的Al粉在不同温度用粉末冶金加热挤压工艺制备出复合材料15%SiC/2009A1，用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)和电子万能试验机对其表征，研究了Al粉的粒径对其微观组织和力学性能的影响。结果表... 详细信息

将不同粒径(13μm和32μm)的Al粉在不同温度用粉末冶金加热挤压工艺制备出复合材料15%SiC/2009A1，用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)和电子万能试验机对其表征，研究了Al粉的粒径对其微观组织和力学性能的影响。结果表明，用小粒径Al粉在任一温度热压制备的复合材料其强塑性都优于用大粒径Al粉的材料。其原因有：一，大粒径Al粉使SiC颗粒分布不均匀；二，在用大粒径Al粉制备的复合材料中Cu、Mg元素扩散不均匀，与引入的Fe、O元素生成大尺寸难溶相；三，用大粒径Al粉制备的复合材料中SiC颗粒与铝基体的界面结合较弱(尤其是热压温度较低时)，在拉伸变形过程中大量SiC颗粒与铝基体脱粘。用两种粒径Al粉制备的复合材料，随着热压温度的变化其断裂方式不同。用小粒径Al粉在不同温度热压制备的复合材料，其断裂方式均为铝基体的韧性撕裂和SiC颗粒断裂。用大粒径Al粉制备的复合材料低温热压时其断裂方式为SiC-Al界面脱粘，热压温度提高可改善界面结合，使断裂方式变为铝基体的韧性撕裂和SiC颗粒断裂。热压温度为580℃用两种粒径Al粉制备的复合材料力学性能最佳，尤其是用小粒径Al粉制备的材料其抗拉强度、屈服强度分别达到556 MPa、381 MPa，延伸率达到9.2%。

关键词：复合材料力学性能粉末冶金铝粉粒径热压温度

冷热循环下铝基复合材料构件尺寸稳定性影响因素研究

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精密成形工程 2024年第4期16卷 87-94页

作者：杨光金延文张峻凡王东北京遥感设备研究所北京100854 中科复材(滨州)新材料有限公司山东滨州256600 中国科学院金属研究所沈阳110016

目的研究高精度仪器结构件在冷热变化过程中的尺寸变化原理和关键影响因素。方法采用粉末冶金法制备25%(体积分数)SiC/2009Al复合材料锻件,并加工出典型零件。研究了退火工艺对材料组织和性能的影响规律以及−45~65℃的冷热循环过程对零... 详细信息

目的研究高精度仪器结构件在冷热变化过程中的尺寸变化原理和关键影响因素。方法采用粉末冶金法制备25%(体积分数)SiC/2009Al复合材料锻件,并加工出典型零件。研究了退火工艺对材料组织和性能的影响规律以及−45~65℃的冷热循环过程对零件尺寸精度的影响,并采用代表性体积单元模型和有限元方法分析了复合材料微区应力演化行为及其对材料尺寸稳定性的影响。结果SiC颗粒与铝基体线膨胀系数的差异会导致复合材料在制备过程中产生大量热错配位错。退火过程会显著减少铝基体中的位错数量,有助于提升材料的尺寸稳定性,但对材料的力学性能没有明显的影响。在−45~65℃下冷热循环720次,零件典型平面的平面度没有明显变化。结论冷热循环过程会在一定程度上影响颗粒与基体之间的应力分配,多次循环后复合材料微区应力-应变没有明显改变,因此零件的平面度没有明显变化。

关键词：铝基复合材料尺寸稳定性仪器仪表结构件有限元代表性体积单元

颗粒增强铝基复合材料热等静压近净成形有限元模拟

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精密成形工程 2024年第4期16卷 1-9页

作者：冯效铭张峻凡王东肖伯律马宗义中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016

目的建立可靠的模拟方法,以更高效地预测颗粒增强铝基复合材料(PRAMC)粉末热等静压中的形状变化和不同部位致密度的差异,解决传统实验试错方法适用性差且费时费力的问题,满足批量应用的需求。方法以45%(体积分数)SiCp/6092Al复合材料为... 详细信息

目的建立可靠的模拟方法,以更高效地预测颗粒增强铝基复合材料(PRAMC)粉末热等静压中的形状变化和不同部位致密度的差异,解决传统实验试错方法适用性差且费时费力的问题,满足批量应用的需求。方法以45%(体积分数)SiCp/6092Al复合材料为研究对象,构建了能预测粉末热等静压成形过程的有限元模型。使用Gurson-Tvergard-Needleman(GTN)模型作为粉末本构模型,建立了粉末尺度的代表性体积单元(RVE)对GTN模型进行修正。结果通过对比GTN模型计算结果与实验结果,发现修正后的GTN模型能更准确地预测模型的最终变形尺寸,与修正前相比,相对误差降低了1.6%~2.9%。使用修正后的GTN模型对杯形回转体零件的热等静压成形过程进行预测,最终形状的计算结果与实验结果的相对误差仅为0.2%~3.1%,致密度分布的相对误差在0.5%以内。在探究包套厚度对热等静压过程的影响时发现,随着包套厚度的增大,热等静压过程中的屏蔽作用增强,内部粉体致密度下降。结论为PRAMC热等静压近终形制备的形状和致密度控制问题提供了有限元预测工具,辅助优化了热等静压工艺和包套设计,降低了颗粒增强铝基复合材料热等静压近净成形过程开发的试错成本。

关键词：颗粒增强铝基复合材料粉末冶金体积代表单元 GTN模型近净成形

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黑龙江老工业基地振兴发展探析

合作经济与科技 2024年第7期 60-61页

作者：张峻凡牡丹江师范学院马克思主义学院黑龙江牡丹江

黑龙江有“共和国长子”“共和国工业摇篮”称号,工业发展基础良好。然而,随着时代的发展、新兴产业的崛起,黑龙江老工业基地面临着自然资源日益枯竭、产业结构较为老化等一系列难题。因此,通过创新国企改组改制,加速推进现代化产业体系... 详细信息

黑龙江有“共和国长子”“共和国工业摇篮”称号,工业发展基础良好。然而,随着时代的发展、新兴产业的崛起,黑龙江老工业基地面临着自然资源日益枯竭、产业结构较为老化等一系列难题。因此,通过创新国企改组改制,加速推进现代化产业体系,坚持“一带一路”引领老工业基地,努力从制造业“大国”到“强国”跨越,实现黑龙江老工业基地振兴发展。

关键词：黑龙江老工业基地振兴发展

双模CNT/Al复合材料变形过程的代表性体积单元模拟

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精密成形工程 2024年第4期16卷 71-78页

作者：石礼硕朱智吴迪张峻凡肖伯律马宗义沈阳航空航天大学材料科学与工程学院沈阳110136 中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心沈阳110016

目的研究双模CNT/Al复合材料在塑性加工过程中的微观结构演变行为。方法通过ABAQUS/Python二次开发,对双模CNT/Al复合材料代表性体积单元(RVE)进行参数化建模,并基于显式动力学求解器和欧拉-拉格朗日耦合技术,对双模CNT/Al复合材料RVE... 详细信息

目的研究双模CNT/Al复合材料在塑性加工过程中的微观结构演变行为。方法通过ABAQUS/Python二次开发,对双模CNT/Al复合材料代表性体积单元(RVE)进行参数化建模,并基于显式动力学求解器和欧拉-拉格朗日耦合技术,对双模CNT/Al复合材料RVE模型的单向压缩过程和挤压过程进行数值模拟分析。结果单向压缩模拟结果显示,结构心部异质区两侧的等效塑性应变较大,结构边缘基体区域的等效塑性应变相对较小;最大等效应力位于结构边角处的基体区域,而结构心部异质区的等效应力则相对较小。通过对异质区材料和形态的影响规律进行分析发现,当异质区为粗晶材料时,其变形后的形态更趋于扁平,而当异质区为细晶材料时,其变形后的形态更接近椭圆。通过挤压过程的模拟,实现了对变形过程中双模组织结构变化的分析,模拟结果显示,材料表面与模具贴合良好,异质区随变形的进行被不断拉长,部分异质区由于拉伸程度过大,甚至出现了分离的情况。结论提出的模拟方法为双模CNT/Al复合材料的挤压变形工艺设计和变形后组织结构预测提供了有效手段。

关键词：双模CNT/Al复合材料 RVE自动化建模塑性变形数值模拟欧拉-拉格朗日耦合技术

基于代表性体积单元的双模铝基复合材料性能拟实研究

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精密成形工程 2024年第4期16卷 36-44页

作者：庞雨婷张峻凡王文广肖伯律马宗义辽宁石油化工大学机械工程学院沈阳113001 中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心沈阳110016

目的研究双模铝基复合材料连续区(Continuous Region,CR)和非连续区(Discontinuous Region,DR)力学性能对材料整体力学性能的影响规律,以深入了解双模铝基复合材料的强韧化机理。方法基于Abaqus模拟软件,以双模CNT/Al为研究对象,建立了... 详细信息

目的研究双模铝基复合材料连续区(Continuous Region,CR)和非连续区(Discontinuous Region,DR)力学性能对材料整体力学性能的影响规律,以深入了解双模铝基复合材料的强韧化机理。方法基于Abaqus模拟软件,以双模CNT/Al为研究对象,建立了构型尺度的代表性体积单元(RVE)模型,采用GTN(Gurson-Tvergaard-Needleman)模型来描述双模CNT/Al中CR和DR的变形力学行为,通过定义力学性能参数来简化描述CR和DR复杂的力学性能。针对双模CNT/Al的CR和DR,分别设定力学性能参数HC和HD,并进行一系列的拉伸载荷模拟,研究HC和HD对双模复合材料整体力学性能的影响规律。通过与真实双模CNT/Al的力学性能进行对比,得到双模CNT/Al中CR和DR力学性能与均匀材料力学性能的差异,最后对双模CNT/Al在变形过程中的应力分布情况和断裂后的形貌进行分析。结果当HC小于4时,双模CNT/Al的抗拉强度随HD的增大而下降;当HC大于5时,双模CNT/Al的抗拉强度随HD的增大而增大;双模CNT/Al的屈服强度随着HD和HC的增大而增大,延伸率随着HD和HC的增大而降低。当HD或HC一定时,在HC=HD时,模型材料的延伸率最大。典型双模CNT/Al由“粗晶铝合金+CNT/超细晶Al复合材料”构成,与均匀结构的粗晶铝合金相比,其构型中粗晶铝合金的强度显著提升、塑韧性显著下降;与均匀结构的CNT/超细晶Al相比,其构型中的CNT/超细晶Al复合材料的强度小幅降低、塑韧性小幅提升。当HD大于HC时,裂纹优先在DR产生;当HD小于HC时,裂纹优先在CR区产生;当HD和HC接近时,裂纹产生的区域更加分散。结论建立了一种双模铝基复合材料的有限元模型,从数值上说明了双模CNT/Al复合材料微区与均匀材料的力学性能存在显著差异,为双模铝基复合材料的设计提供了参考。

关键词：铝基复合材料有限元模拟双模结构代表性体积单元 GTN模型

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深冷循环对SiC/Al复合材料宏微观残余应力的影响

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金属学报 2024年第8期 1031-1042页

作者：谷黎明冯效铭于朝张峻凡刘振宇何伦华卢怀乐李小虎王晨张晓东肖伯律马宗义中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心中国科学技术大学材料科学与工程学院散裂中子源科学中心中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心松山湖材料实验室中国科学院高能物理研究所

铝基碳化硅(SiC/Al)复合材料因其高比模量、高比强度和良好尺寸稳定性等特点广泛应用于精密光学领域。SiC/Al复合材料热处理过程中产生的宏/微观残余应力是影响其尺寸稳定性的关键因素。为了阐明残余应力的降低方法和效果，提高精密光... 详细信息

铝基碳化硅(SiC/Al)复合材料因其高比模量、高比强度和良好尺寸稳定性等特点广泛应用于精密光学领域。SiC/Al复合材料热处理过程中产生的宏/微观残余应力是影响其尺寸稳定性的关键因素。为了阐明残余应力的降低方法和效果，提高精密光学零件的尺寸稳定性，本工作使用中子衍射和有限元模拟，分析了深冷循环处理对于体积分数为35%的SiC/6092Al复合材料在退火状态下宏微观残余应力的影响，研究了深冷循环次数、样品尺寸、增强相颗粒尺寸和深冷循环温度差等影响因素。结果表明，深冷循环能引起基体塑性应变，从而显著降低退火态SiC/Al复合材料的相应力，并且随着深冷循环次数的增加，单次循环相应力降低效果减弱。深冷循环导致的塑性应变集中在颗粒周围的基体，主要影响颗粒和周围基体的相应力大小，与样品尺寸无明显关联，并且深冷循环不增加退火态样品的宏观残余应力。复合材料多次深冷循环后的相应力降低量与SiC颗粒尺寸无关，并且，多次深冷循环对相应力的降低效果与深冷循环温度差关系较小，100～-196℃和200～-196℃进行多次深冷循环对相应力的改变十分接近。

关键词：深冷循环中子衍射残余应力有限元方法代表性体积单元

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噻二唑衍生物的制备及性能评价

石油炼制与化工 2024年第7期55卷 119-124页

作者：李团乐刘玉峰张峻凡王俊明薛卫国安文杰吕会英中国石油兰州润滑油研究开发中心兰州730060 中国石油兰州润滑油厂

针对现有噻二唑衍生物制备工艺中废水化学需氧量(COD)极高的问题,探索以去离子水替代乙醇作为反应溶剂,并引入相转移催化剂促进固-液两相反应,开发了制备噻二唑衍生物的绿色环保新工艺;进而,采用红外光谱、液相色谱、质谱等手段对新工... 详细信息

针对现有噻二唑衍生物制备工艺中废水化学需氧量(COD)极高的问题,探索以去离子水替代乙醇作为反应溶剂,并引入相转移催化剂促进固-液两相反应,开发了制备噻二唑衍生物的绿色环保新工艺;进而,采用红外光谱、液相色谱、质谱等手段对新工艺合成的产物进行了结构表征,采用铜片腐蚀试验和四球试验评价了合成产物的金属腐蚀抑制性能、极压性能和减摩性能。结果表明:采用新工艺合成产物过程中产生的废水COD为2000 mg/L,与传统工艺产生的废水COD(700000 mg/L)相比显著降低,说明新工艺符合绿色环保要求;采用传统工艺和新工艺分别合成了2,5-双(叔壬基二硫代)-1,3,4-噻二唑,其金属腐蚀抑制性能、极压性能、减摩性能相当,且优于市售噻二唑衍生物类金属减活剂T561。

关键词：噻二唑衍生物合成工艺废水化学需氧量相转移催化剂极压性能