航空用粉末冶金颗粒增强铝基复合材料研制及应用.pdf

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1、封面文章COVERSTORY航空用粉末冶金颗粒增强铝基*复合材料研制及应用聂俊辉，樊建中，魏少华，刘彦强（北京有色金属研究总院国家有色金属复合材料工程技术研究中心，北京100088）[摘要]简要分析了颗粒增强铝基复合材料的性能优势，阐述了铝基复合材料基体与增强体组元匹配性设计准则，评述了国内外粉末冶金工艺制备的颗粒增强铝基复合材料组织与性能特点。此外，较为详尽地总结了国内外先进颗粒增强铝基复合材料坯锭与构件的工程化制备技术以及复合材料无损检测的研究现状。最后还列举、分析和展望了颗粒增强铝基复合材料在航空领域的应用方向。关键词：粉末冶

2、金；颗粒；铝基复合材料；航空DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2017.16.026金属基复合材料具有低密度、其在金属基复合材料产品中最常被[4]高比刚度和比强度、良好的高温和使用（图2）。耐磨损性能，近年来在汽车、电子通从颗粒增强铝基复合材料的性讯、航空航天、体育用品等领域获得能来看，铝基复合材料在力学和热[1-5]了广泛的应用。为了获得性能学性能方面均表现出明显的优势。优异的金属基复合材料，除了需要图3为颗粒增强铝基复合材料与传[6]考虑基体和增强相各自的性能外，统金属材料的性能对比，从图3还要确保制备过

3、程中增强相与基体可以看出，铝基复合材料具有更高之间具有良好的化学相容性，以获的比刚度和比强度，可以较好地满得理想界面结合的复合材料。由于足航空结构件等关键部件对材料高铝合金密度低，有析出强化、良好的强度和模量的要求；同时铝基复合耐腐蚀性、高热导率和电导率，以及材料具有低密度、高导热以及低膨优异的阻尼性能等综合性能优势，胀的优点，可有效克服钢铁、钛合金聂俊辉使其在众多材料中（Cu、Ti、Fe、Mg等材料密度大、导热差，以及铝合金博士,高级工程师,主要从事航空航等）成为最常用的基体材料。据统材料热膨胀系数高的不足，在雷达、天、电子封装、

4、核屏蔽领域用铝基复合材[4]计（图1），世界上各大公司生产电子通讯等方面具有广泛的应用。料的研制与应用工作。承担和参与国家863计划、973计划、国家重点研发计划、的金属基复合材料产品中，铝基复此外，颗粒增强铝基复合材料可以横向合作课题多项,申请与授权国家专合材料的占有量达到金属基复合材根据性能要求对增强相与基体进行利10余项。料总产量的一半左右，使用量最大。组元灵活配比，获得达到预计性能在增强相中，由于SiCp具有低密度、要求的新型材料，可设计性强，具有[1-5]高刚度和硬度、良好的高温性能、耐十分广泛的应用前景。磨性、高热导率以

5、及低廉的制备成然而，虽然颗粒增强铝基复合本，同时与铝合金等基体材料具有材料使用量大、应用面广，但仍需要*基金项目：国家重点研发计划项目（2017YFB0703100）。良好的化学相容性等综合性能，使解决好材料在制备、加工以及构件26航空制造技术·2017年第16期封面文章COVERSTORY30强颗粒的强化能力随颗粒刚度和强度的增加而增大（颗粒刚度和强25度大小顺序为Si

6、0（2）增强颗粒种类中，高模量和5强度的SiCp强化作用最大，最适合作增强体；基体种类中，纯Al基体中0颗粒的强化作用最大，但不适用于航AlBeCuFeMgMoNiTiNiAlAgCo基体材料空结构件的高强度要求。2009Al强度高、加工硬化率较大，具有较高的图1金属基复合材料产品中各基体材料的使用率Fig.1UsageofmatrixmateriaIsinmetaImatrixcomposites承担、传递应力能力，比较适合做基25体。（3）就特定刚度和强度的增强20颗粒，随着基体强度的增加，复合材料与基体材料的延伸率比降低；就1

7、5特定强度的基体，SiC颗粒增强的复p合材料延伸率大于Si颗粒增强铝基使用率/%10复合材料，SiC适合做增强颗粒。p此外，复合材料强度和韧性也5受增强相粒径大小的影响。本研究前期开展了不同粒径（3.5~13μm）0Al2O3B4CBeOCCr3C2GrSiB6SiCTiBTiB2TiCSiSiC-Gr（Ni）的SiCp对航空承力结构件用15%增强材料SiCp/2009Al复合材料的断裂韧性影图2金属基复合材料产品中各增强相的使用率响规律研究（图5（a）），发现SiCp粒Fig.2UsageofparticuIateinmetaIm

8、atrixcomposites径在7μm时，复合材料才能获得最检测过程中面临的系列工艺技术难航空结构件苛刻的力学承载要求。佳的断裂韧性值，增加或降低颗粒尺[7]题，才能制备出达到预期性能要求然而铝基复合材料在强度和刚度提寸，断裂韧性均