江峰
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  • 所在单位:材料科学与工程学院
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  • 学科:材料科学与工程
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博士生黄朋朋关于粉末锻造轻质高强碳化硅颗粒增强铝基复合材料及零部件的工作在 MSEA 发表
  • 发布时间:2026-01-24
  • 文章标题:博士生黄朋朋关于粉末锻造轻质高强碳化硅颗粒增强铝基复合材料及零部件的工作在 MSEA 发表
  • 内容:
    Achieving strength-ductility synergy in SiCp/Al-Cu-Mg composites via  deploying low-strain zones around Al4C3-free interfaces
    Pengpeng Huang , Yizhe Meng , Yake Wu , Feng Jiang * , Jun Sun **
    State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials, Xi'an Jiaotong University, Xi'an, 710049, China

     

    碳化硅颗粒SiCp增强铝基复合材料(AMCs)因其高比强度、高比模量和优异的耐磨性而成为前景广阔的轻质结构材料。然而,其应用受到塑性较差的严重限制,这主要源于界面脆性Al4C3的形成以及碳化硅相与基体之间的应变失配。同时该类材料经常采用粉末球磨机械合金化、冷等静压成型、热压烧结或者热等静压等工艺来制备,复杂的工艺导致材料成本上居高不下,另外由于脆性和碳化硅颗粒耐磨而在零部件加工成型方面存在困难。

    我们提出了一种通过将低温烧结(566°C)与闭模热锻相结合来定制SiCp/Al-Cu-Mg复合材料中碳化硅/铝界面结构的新策略。该设计策略不仅抑制了Al4C3的形成,还保留了碳化硅颗粒附近的局部孔隙,从而在后续热锻过程中形成低应变区(LSZs)。含有5%、10%和15%碳化硅的复合材料均表现出良好的强度-延展性协同效应,其中5% SiCp/Al-Cu-Mg复合材料的屈服强度为332.0 MPa,极限抗拉强度为458.0 MPa,延伸率为11.0%。在不形成脆性Al4C3相的情况下,LSZs还能重新分布位错、缓解应变局域化,并在碳化硅/Al界面区域提供更多的位错存储空间,从而缓解应变不相容性并减少应力集中,同时实现性能提升,优于未强化合金。弹性模量随SiCp含量的增加而增大,从未增强合金的64.7 GPa上升至AC20的102.2 GPa,这凸显了SiCp掺入对提高复合材料弹性模量的有效性。我们的工作为通过定制界面结构来制造高性能AMCs提供了一种创新可行的策略。

     

    该方法采用双锥混合机进行粉末混合,随后进行冷压成型、常规气氛炉低温烧结,以及闭式模具热锻加工。这种创新方案无需复杂的后加工处理,即可直接获得完全致密、机械性能优异且接近净成形的零部件。通过省去耗能的球磨工序和专用烧结设备,并最大限度减少加工步骤(如机械加工),该工艺路线有效降低了资本投入和运营成本,从而降低整体制造成本,提升规模化生产的经济可行性。

    该工作以 《Achieving strength-ductility synergy in SiCp/Al-Cu-Mg composites via deploying low-strain zones around Al4C3-free interfaces》发表在学术期刊Materials Science & Engineering A 953 (2026) 149743。 博士生黄朋朋为第一作者,孙军院士和江峰教授为共同通讯作者,博士生孟义哲和副教授吴亚科为共同作者。

    感谢西安天歌之城材料科技有限公司提供原材料、东莞歌鸿材料科技有限公司提供样品烧结及资金支持。感谢西安交通大学仪器分析中心在SEM和TEM测试方面给予的支持。

     

    https://doi.org/10.1016/j.msea.2026.149743