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International Journal of Minerals,Metallurgy and materials 2024年第10期31卷 2233-2243页

作者： Guonan ma Shize Zhu Dong Wang Peng Xue BolüXiao zongyi ma Shi-changxu Innovation Center for Advanced materials Institute of Metal ResearchChinese Academy of SciencesShenyang 110016China Centre of Excellence for Advanced materials Dongguan 523808China

A high-zinc composite,12vol%SiC/Al-13.3 Zn-3.27 Mg-1.07Cu(wt%),with an ultra-high-strength of 781 MPa was success-fully fabricated through a powder metallurgy method,followed by an extrusion *** effects of solid-solution and aging heat treat-ments on the microstructure and mechanical properties of the composite were extensively *** with a single-stage sol-id-solution treatment,a two-stage solid-solution treatment(470℃/1 h+480℃/1 h)exhibited a more effective solid-solution strengthen-ing owing to the higher degree of solid-solution and a more uniform *** to the aging hardness curves of the com-posite,the optimized aging parameter(100℃/22 h)was *** the aging temperature and time resulted in finer and more uniform nanoscale precipitates but only yielded a marginal increase in tensile *** fractography analysis revealed that intergranu-lar cracking and interface debonding were the main fracture mechanisms in the ultra-high-strength SiC/Al-Zn-Mg-Cu *** regions,such as the SiC/Al interface containing numerous compounds and the precipitate-free zones at the high-angle grain boundaries,were identified as significant factors limiting the strength enhancement of the *** compounds,including MgO,MgZn2,and Cu5Zn8,reduced the interfacial bonding strength,leading to interfacial debonding.

关键词： metal matrix composites heat treatment interfacial reaction mechanical properties fracture mechanism

Two-stage aging treatment to accelerate aging kinetics without impairing strength in B_4C/7A04Al composite

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Science China(Technological Sciences) 2024年第8期67卷 2485-2492页

作者： CHEN YunTao ma GuoNan ZHU ShiZe WANG Dong XIAO BoLv ma zongyi Shi-Changxu Innovation Center for Advanced materials Institute of Metal ResearchChinese Academy of SciencesShenyang 110016China School of materials Science and Engineering University of Science and Technology of ChinaShenyang 110016China Centre of Excellence for Advanced materials Dongguan 523808China

Aging treatments are the key process to obtain satisfactory strength for 7xxxAl alloys and their composites. However, traditional single-stage(SS) aging is time-consuming to reach a peak strength condition. In this study, an efficient 120℃ + 160℃ two-stage(TS) aging treatment was proposed on a B_4C/7A04Al composite fabricated via powder metallurgy(PM) technology, which could acquire similar peak-aging strength but only took about 15% of the time compared to traditional 120℃ SS aging. The evolution of precipitation during the TS aging was investigated, as well as those of the 7A04Al alloys for comparison. In the second stage aging process, the higher aging temperature accelerated the nucleation of η′ phases inside the grains and thus increased the density of precipitates. Moreover, the short aging time limited the coarsening of precipitates and the broadening of precipitatefree zones. The above factors were beneficial for quickly obtaining satisfactory precipitation strengthening effects. The B_4C/7A04Al composite exhibited slower aging kinetics than the 7A04Al alloy in the TS aging. Mg elements consumption by the chemical reaction between B impurities introduced by B_4C particles and the Al matrix was considered to potentially retard the aging kinetics of the B_4C/7A04Al composite. Nevertheless, the precipitation sequence was not affected.

关键词： aluminum matrix composites aging treatment powder metallurgy mechanical properties precipitation

Strengthening strategy for high-performance friction stir lap welded joints based on 5083 Al alloy

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International Journal of Minerals,Metallurgy and materials 2024年第11期31卷 2498-2507页

作者： Yujia Shen Jijie Wang Beibei Wang Peng Xue Fengchao Liu Dingrui Ni Bolv Xiao zongyi ma College of material Science and Engineering Shenyang Aerospace UniversityShenyang 110136China Shi-changxu Innovation Center for Advanced materials Institute of Metal ResearchChinese Academy of SciencesShenyang 110016China CAS Key Laboratory of Nuclear materials and Safety Assessment Institute of Metal ResearchChinese Academy of SciencesShenyang 110016China Binzhou Institute of Technology Shandong Key Laboratory of Advanced Aluminium Materials and TechnologyWeiqiao-UCAS Science and Technology ParkBinzhou 256606China Centre of Excellence for Advanced materials Dongguan 523808China

During aircraft,ship,and automobile manufacturing,lap structures are frequently produced among Al alloy skins,wall panels,and *** occurrence of welding defects severely decreases mechanical properties during friction stir lap welding(FSLW).This study focuses on investigating the effects of rotation rate,multipass welding,and cooling methods on lap defect formation,microstructural evolution,and mechanical *** defects were eliminated by decreasing welding speed,applying two-pass FLSW with a small welding tool,and introducing additional water cooling,thus leading to a remarkable increase in effective sheet thickness and lap *** above strategy yielded defect-free joints with an ultrafine-grained microstructure and increased tensile shear force from 298 to 551 N/*** fracture behavior of FSLW joints was systematically studied,and a fracture factor of lap joints was proposed to predict their fracture *** reducing the rotation rate,using two-pass welding,and employing additional water cooling strategies,an enlarged,strengthened,and defect-free lap zone with refined ultrafine grains was achieved with a quality comparable to that of lap welds based on 7xxx Al ***,this study provides a valuable FSLW method for eliminating hook defects and improving joint performance.

关键词： friction stir lap welding defect control microstructure fracture mechanisms mechanical properties

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纳米碳/铝复合材料强韧化研究现状及展望

中国材料进展 2024年第3期43卷 181-194,229页

作者：马凯刘振宇肖伯律马宗义中国科学院金属研究所师昌绪创新材料研究中心辽宁沈阳110016

以碳纳米管、石墨烯为代表的超高性能纳米碳,具有优越的力、热、电等综合性能,是复合材料的理想增强体,以纳米碳为强化相少量加入到铝中,有望开发出高强、高模、低热膨胀的复合材料,并使复合材料保持轻质、易加工等特性,在航空、航天、... 详细信息

以碳纳米管、石墨烯为代表的超高性能纳米碳,具有优越的力、热、电等综合性能,是复合材料的理想增强体,以纳米碳为强化相少量加入到铝中,有望开发出高强、高模、低热膨胀的复合材料,并使复合材料保持轻质、易加工等特性,在航空、航天、国防等领域具有重大的应用前景,因而以纳米碳/铝为代表的新一代铝基复合材料备受关注。然而,碳纳米管等纳米碳易团聚,与铝等大多数金属并不浸润,且容易分布在晶界上诱导显著的晶粒细化,使得复合材料的强韧性等关键性能指标提升困难,或者使强度提高的同时使塑韧性下降显著,限制了其工程应用潜力。综述近年来国内外研究者在纳米碳/铝复合材料强韧化方面的策略和方法,包括纳米碳分散、界面和构型调控等,以期推动新一代轻质高强纳米碳/铝复合材料的发展,支撑国家未来重大工程应用。

关键词：纳米碳/铝复合材料强韧化分散界面构型

淬火冷却方式及宏观取向对Al-Zn-Mg-Cu合金力学性能的影响

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材料工程 2024年第9期52卷 124-132页

作者：刘景新朱士泽肖伯律马宗义沈阳理工大学材料科学与工程学院沈阳110159 中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心沈阳110016

以7050铝合金为研究对象,研究热处理状态(空冷时效与水冷时效)和宏观取向(与轧制方向成0°,45°,90°)耦合作用对合金力学性能的影响。结果表明:水冷时效态的样品中析出相细小均匀弥散,晶界无析出带较窄。在空冷时效态下,过饱和的溶质... 详细信息

以7050铝合金为研究对象,研究热处理状态(空冷时效与水冷时效)和宏观取向(与轧制方向成0°,45°,90°)耦合作用对合金力学性能的影响。结果表明:水冷时效态的样品中析出相细小均匀弥散,晶界无析出带较窄。在空冷时效态下,过饱和的溶质不仅会以半共格的Al3Zr为核心形成粗大析出相,还会沿位错大量析出。此外,与水冷时效态相比,空冷时效态晶界相尺寸大幅增加,晶界无析出带显著宽化,不同宏观取向样品的强度和伸长率都明显下降。宏观取向对两种状态样品强度的差值影响较小,但对伸长率的差值影响较大。当拉伸方向与轧制方向成45°方向时,空冷诱导的伸长率下降幅度最小;当拉伸方向与轧制方向成90°时,下降幅度最大。

关键词： Al-Zn-Mg-Cu合金析出相淬火敏感性织构

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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38卷 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110016 沈阳理工大学材料科学与工程学院沈阳110159 北京空天飞行器总体设计部北京100094

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... 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

时效温度对SiC/Al-Zn-Mg-Cu复合材料时效析出行为的影响

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金属学报 2024年第8期60卷 1043-1054页

作者：张冉朱士泽刘振宇柯于斌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 散裂中子源科学中心东莞523803 中国科学院高能物理研究所北京100049

SiC/Al-Zn-Mg-Cu复合材料力学性能的提升需要充分理解SiC颗粒的添加对Al基体时效析出行为的影响。但由于受到表征手段的限制,其内在机制尚不明确。本工作结合原位小角中子散射、透射电子显微术和拉伸实验等手段,研究了时效温度(100和160... 详细信息

SiC/Al-Zn-Mg-Cu复合材料力学性能的提升需要充分理解SiC颗粒的添加对Al基体时效析出行为的影响。但由于受到表征手段的限制,其内在机制尚不明确。本工作结合原位小角中子散射、透射电子显微术和拉伸实验等手段,研究了时效温度(100和160℃)对15%SiC(体积分数)增强Al-7.5Zn-1.8Mg-1.7Cu(质量分数,%)复合材料时效析出行为与沉淀强化机制的影响,并与Al-7.5Zn-1.8Mg-1.7Cu合金进行了对比。结果表明,100℃时效时,随着时效时间由0.5 h延长至3 h,复合材料中的析出相由GPI区演变为GPI区+GPII区,且尺寸明显增加。但由于该温度下时效动力学缓慢,析出相的体积分数仅略有增加。析出相尺寸和体积分数的增加均可以增大位错切过析出相的阻力,从而提升复合材料的沉淀强化能力。160℃时效温度下时效动力学加速,复合材料中析出相的尺寸和体积分数均随时效时间的延长而增加,析出相类型也由时效0.5 h的GPII区+η'相演变为时效3 h的η'相+η相。此时的沉淀强化机制以绕过型为主,尽管析出相体积分数的增加有利于提高复合材料的强度,但其尺寸的增大以及强化能力较差的平衡相η相的出现却会削弱强化效果,因此复合材料的屈服强度随时效时间的延长仅有小幅提高。与Al-7.5Zn-1.8Mg-1.7Cu合金相比,100与160℃时效3 h后复合材料的屈服强度均降低,但相关机制并不相同。100℃时效时2种材料中析出相的类型和尺寸大致相同,但复合材料由于SiC/Al界面反应消耗Mg导致析出相的体积分数减少,从而使得沉淀强化能力减弱。160℃时效时加速的时效动力学补偿了Mg消耗引起的析出相体积分数的减少,但复合材料中较低的空位浓度导致析出相粗化且平衡相η相占比增加,这也会削弱其沉淀强化能力。

关键词： SiC/Al-Zn-Mg-Cu复合材料时效析出行为强化机制小角中子散射

选区激光熔融Al-30Si合金的微观组织和性能

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材料研究学报 2024年第1期38卷 43-50页

作者：秦艳利赵光普张昊倪丁瑞肖伯律马宗义沈阳理工大学理学院沈阳110158 中国科学院金属研究所沈阳110016

用选区激光熔融技术(SLM)制备Al-30Si合金,研究了去应力退火后样品的显微组织、力学性能和热物理性能。结果表明:SLM成形的Al-30Si合金样品经300℃/6 h退火后其室温抗拉强度为254±3 MPa,比铸态加工的Al-30Si合金的抗拉强度提高53.5%,... 详细信息

用选区激光熔融技术(SLM)制备Al-30Si合金,研究了去应力退火后样品的显微组织、力学性能和热物理性能。结果表明:SLM成形的Al-30Si合金样品经300℃/6 h退火后其室温抗拉强度为254±3 MPa,比铸态加工的Al-30Si合金的抗拉强度提高53.5%,硬度为176.89±8.5HV、比刚度为35.18 m^(2)/s^(2)。SLM成形样品温度为-100℃~200℃时的热膨胀系数为13.8×10^(-6)/℃~16.3×10^(-6)/℃,平均热导率为70.52 W·m^(-1)·K^(-1)。快速冷却的特性能够细化SLM成形样品的初晶Si颗粒,使成形Al-30Si合金具有较好的综合性能,其高比刚度和较低的热膨胀系数有望使服役于特殊环境的光机结构件保持高度的尺寸稳定性。

关键词：金属材料选区激光熔融 Al-30Si合金微观组织物理性能

构型化石墨烯纳米片/2009Al复合材料热膨胀系数模拟

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金属学报 2024年第7期60卷 977-989页

作者：周丽张明远杨欣盛刘振宇王全兆肖伯律马宗义烟台大学机电汽车工程学院烟台264005 中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心沈阳110016

石墨烯纳米片/Al复合材料热特性与其微观组织密切相关,但尚缺系统性的从微观结构模拟到热学性能预测。本工作利用有限元软件ABAQUS建立了微观石墨烯纳米片/2009Al复合材料三维模型,分析了石墨烯纳米片分布形式、几何构型和体积分数对复... 详细信息

石墨烯纳米片/Al复合材料热特性与其微观组织密切相关,但尚缺系统性的从微观结构模拟到热学性能预测。本工作利用有限元软件ABAQUS建立了微观石墨烯纳米片/2009Al复合材料三维模型,分析了石墨烯纳米片分布形式、几何构型和体积分数对复合材料热膨胀系数的影响。结果表明,复合材料的热膨胀系数受石墨烯纳米片的分布形式影响较小。只有当石墨烯纳米片在基体内的分布形式为2簇时,热膨胀系数比其他分布形式小。石墨烯纳米片几何构型和体积分数对热膨胀系数影响明显。随着石墨烯纳米片体积分数的增加,复合材料热膨胀系数逐渐减小。与基体相比,当复合材料中石墨烯纳米片的体积分数为2.5%,且呈集聚分布时,热膨胀系数下降幅度最大,约为27%。通过与实验结果对比,验证了模型的正确性。

关键词：构型有限元模拟石墨烯纳米片/2009Al复合材料热膨胀系数