航天装备牵引下的铝基复合材料研究进展与展望

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航天装备牵引下的铝基复合材料研究进展与展望

2024-01-21 16:25| 来源: 网络整理| 查看: 265

Zhang X X, Zhang Q, Zangmeister T, et al.

A three-dimensional realistic microstructure model of particle-reinforced metal matrix composites

[J]. Modell. Simul. Mater. Sci. Eng., 2014, 22: 035010

[本文引用: 1]

Peng P, Gao M Q, Guo E Y, et al.

Deformation behavior and damage in B4Cp/6061Al composites: An actual 3D microstructure-based modeling

[J]. Mater. Sci. Eng., 2020, A781: 139169

[本文引用: 3]

Zhang J F, Zhang X X, Liu Z Y, et al.

A rigid body dynamics simulation enhanced representative volume element builder for CNT/Al composite

[J]. Int. J. Mech. Mater. Des., 2022, 18: 407

DOI [本文引用: 1]

Sheng P Y, Zhang J Z, Ji Z.

An advanced 3D modeling method for concrete-like particle-reinforced composites with high volume fraction of randomly distributed particles

[J]. Compos. Sci. Technol., 2016, 134: 26

DOI URL [本文引用: 1]

Zhang J, Ouyang Q B, Guo Q, et al.

3D Microstructure-based finite element modeling of deformation and fracture of SiCp/Al composites

[J]. Compos. Sci. Technol., 2016, 123: 1

DOI URL [本文引用: 2]

Chandra N, Li H, Shet C, et al.

Some issues in the application of cohesive zone models for metal-ceramic interfaces

[J]. Int. J. Solids Struct., 2002, 39: 2827

DOI URL

Li X, Chen J.

A highly efficient prediction of delamination migration in laminated composites using the extended cohesive damage model

[J]. Compos. Struct., 2017, 160: 712

DOI URL [本文引用: 1]

Zhang J F, Zhang X X, Wang Q Z, et al.

Simulations of deformation and damage processes of SiCp/Al composites during tension

[J]. J. Mater. Sci. Technol., 2018, 34: 627

DOI [本文引用: 3]

The deformation, damage and failure behaviors of 17 vol.% SiCp/2009Al composite were studied by microscopic finite element (FE) models based on a representative volume element (RVE) and a unit cell. The RVE having a 3D realistic microstructure was constructed via computational modeling technique, in which an interface phase with an average thickness of 50 nm was generated for assessing the effects of interfacial properties. Modeling results showed that the RVE based FE model was more accurate than the unit cell based one. Based on the RVE, the predicted stress-strain curve and the fracture morphology agreed well with the experimental results. Furthermore, lower interface strength resulted in lower flow stress and ductile damage of interface phase, thereby leading to decreased elongation. It was revealed that the stress concentration factor of SiC was ～2.0: the average stress in SiC particles reached ～1200 MPa, while that of the composite reached ～600 MPa.

Zhang J F, Andrä H, Zhang X X, et al.

An enhanced finite element model considering multi strengthening and damage mechanisms in particle reinforced metal matrix composites

[J]. Compos. Struct., 2019, 226: 111281

DOI URL [本文引用: 2]

Zhang J F, Zhang X X, Andrä H, et al.

A fast numerical method of introducing the strengthening effect of residual stress and strain to tensile behavior of metal matrix composites

[J]. J. Mater. Sci. Technol., 2021, 87: 167

DOI [本文引用: 2]

Thermal residual stress and strain (TRSS) in particle reinforced metal matrix composites (PRMMCs) are believed to cause strengthening effects, according to previous studies. Here, the representative volume element (RVE) based computational homogenization technique was used to study the tensile deformation of PRMMCs with different particle aspect ratios (AR). The influence of TRSS was assessed quantitatively via comparing simulations with or without the cooling process. It was found that the strengthening effect of TRSS was affected by the particle AR. With the average strengthening effect of TRSS, a fast method of introducing the strengthening effect of TRSS to the tensile behavior of PRMMCs was developed. The new method has reduced the computational cost by a factor 2. The effect of TRSS on continuous fiber-reinforced metal matrix composite was found to have a softening-effect during the entire tensile deformation process because of the pre-yield effect caused by the cooling process.

Nie J F, Chen Y Y, Chen X, et al.

Stiff, strong and ductile heterostructured aluminum composites reinforced with oriented nanoplatelets

[J]. Scr. Mater., 2020, 189: 140

DOI URL [本文引用: 3]

Deng C F, Zhang X X, Wang D Z, et al.

Preparation and characterization of carbon nanotubes/aluminum matrix composites

[J]. Mater. Lett., 2007, 61: 1725

DOI URL

Bi S, Li Z S, Sun H X, et al.

Microstructure and mechanical properties of carbon nanotubes-reinforced 7055Al composites fabricated by high-energy ball milling and powder metallurgy processing

[J]. Acta Metall. Sin., 2021, 57: 71

毕胜, 李泽琛, 孙海霞等.

高能球磨结合粉末冶金法制备碳纳米管增强7055Al复合材料的微观组织和力学性能

[J]. 金属学报, 2021, 57: 71

Ma Y, Chen Z, Wang M L, et al.

High cycle fatigue behavior of the in-situ TiB2/7050 composite

[J]. Mater. Sci. Eng., 2015, A640: 350

Chen D, Wang M L, Zhang Y J, et al.

Microstructure and mechanical properties of TiB2/2219 composites

[J]. Mater. Res. Innovations, 2014, 18(suppl.4) : S4-514

Stein J, Lenczowski B, Anglaret E, et al.

Influence of the concentration and nature of carbon nanotubes on the mechanical properties of AA5083 aluminium alloy matrix composites

[J]. Carbon, 2014, 77: 44

DOI URL

Zheng Z, Zhang X X, Qian M F, et al.

Ultra-high strength GNP/2024Al composite via thermomechanical treatment

[J]. J. Mater. Sci. Technol., 2022, 108: 164

DOI

The 5.0 vol.% GNP/2024Al composites were prepared by accumulated shear deformation combined with heat treatment, i.e. the thermomechanical treatment (TMT). The results showed that homogeneous distributed GNPs that aligned along the plastic deformation direction were obtained by six-pass drawing in the solution heat treatment state. The introducing of high-density dislocations in Al matrix by multiple drawing resulted in enhanced nucleation of precipitates and subsequent uniform growth during ageing. Consequently, ultra-strength GNP/2024Al composites, with yield and ultimate tensile strength 482 and 571 MPa, respectively, were achieved. The high strength was attributed to homogeneous dispersion of undamaged GNPs, fine and dispersed precipitations and work-hardening effect. This work demonstrated that TMT could act as a feasible strategy for preparing high-performance GNP/Al composites.

Zhang L J, Qiu F, Wang J G, et al.

Microstructures and mechanical properties of the Al2014 composites reinforced with bimodal sized SiC particles

[J]. Mater. Sci. Eng., 2015, A637: 70

Nie J H, Fan J Z, Zhang S M, et al.

Tensile and fracture properties of 15 vol% SiCp/2009Al composites fabricated by hot isostatic pressing and hot extrusion processes

[J]. Acta Metall. Sin. (Engl. Lett.), 2014, 27: 875

DOI URL

Fan J Z, Shi L K.

Development and application of particulate reinforced aluminum matrix composites

[J]. Aerosp. Mater. Technol., 2012, 42(1): 1

樊建中, 石力开.

颗粒增强铝基复合材料研究与应用发展

[J]. 宇航材料工艺, 2012, 42(1): 1

Aluminum Composites USADWA, Inc.

2009/SiC/25p aluminum MMC [E]

Zhu S Z, Ma G N, Wang D, et al.

Suppressed negative influence of natural aging in SiCp/6092Al composites

[J]. Mater. Sci. Eng., 2019, A767: 138422

[本文引用: 1]

Ma G N, Wang D, Liu Z Y, et al.

An investigation on particle weakening in T6-treated SiC/Al-Zn-Mg-Cu composites

[J]. Mater. Charact., 2019, 158: 109966

DOI URL

Zhu S Z, Wang D, Xiao B L, et al.

Effects of natural aging on precipitation behavior and hardening ability of peak artificially aged SiCp/Al-Mg-Si composites

[J]. Composites, 2022, 236B: 109851

[本文引用: 5]

Nie J H, Fan J Z, Wei S H, et al.

Research and application of powder metallurgy particle reinforced aluminum matrix composite used in aviation

[J]. Aeronaut. Manuf. Technol., 2017, 60(16): 26

[本文引用: 3]

聂俊辉, 樊建中, 魏少华等.

航空用粉末冶金颗粒增强铝基复合材料研制及应用

[J]. 航空制造技术, 2017, 60(16): 26

[本文引用: 3]

The Aluminum Association, Inc.

International alloy designations and chemical composition limits for wrought aluminum and wrought aluminum alloys

[R]. Arlington: The Aluminum Association, Inc., 2015

[本文引用: 1]

Zhang Q, Wang Q Z, Xiao B L, et al.

Phases and elemental distributions in SiCp/Al-Cu-Mg composite fabricated by powder metallurgy

[J]. Acta Metall. Sin., 2012, 48: 135

DOI URL [本文引用: 1]

张琪, 王全兆, 肖伯律等.

粉末冶金制备SiCp/2009Al复合材料的相组成和元素分布

[J]. 金属学报, 2012, 48: 135

[本文引用: 1]

Marioara C D, Andersen S J, Jansen J, et al.

The influence of temperature and storage time at RT on nucleation of the β″ phase in a 6082 Al-Mg-Si alloy

[J]. Acta Mater., 2003, 51: 789

DOI URL [本文引用: 1]

Zandbergen M W, Xu Q, Cerezo A, et al.

Study of precipitation in Al-Mg-Si alloys by atom probe tomography I. Microstructural changes as a function of ageing temperature

[J]. Acta Mater., 2015, 101: 136

DOI URL

Pogatscher S, Antrekowitsch H, Leitner H, et al.

Influence of the thermal route on the peak-aged microstructures in an Al-Mg-Si aluminum alloy

[J]. Scr. Mater., 2013, 68: 158

DOI URL [本文引用: 1]

Andersen S J, Marioara C D, Friis J, et al.

Precipitates in aluminium alloys

[J]. Adv. Phys., 2018, 3X: 1479984

[本文引用: 1]

Vissers R, Van Huis M A, Jansen J, et al.

The crystal structure of the β′ phase in Al-Mg-Si alloys

[J]. Acta Mater., 2007, 55: 3815

DOI URL [本文引用: 1]

Ding L P, Hu H, Jia Z H, et al.

The disordered structure of Q' and C phases in Al-Mg-Si-Cu alloy

[J]. Scr. Mater., 2016, 118: 55

DOI URL [本文引用: 1]

Zhu S Z, Wang D, Wang Q Z, et al.

Influence of cu content on the negative effect of natural aging in SiC/Al-Mg-Si-Cu composites

[J]. Acta Metall. Sin., 2021, 57: 928

[本文引用: 1]

朱士泽, 王东, 王全兆等.

Cu含量对SiC/Al-Mg-Si-Cu复合材料自然时效负面效应的影响

[J]. 金属学报, 2021, 57: 928

DOI [本文引用: 1]

通过硬度测试、DSC分析及TEM观测研究了Cu含量对17%SiC (体积分数)颗粒增强Al-1.2Mg-0.6Si-xCu (x = 0、0.2、0.6、1.0、1.2，质量分数，%)复合材料自然时效负面效应的影响规律，并与未增强合金进行了比较。结果表明，与不含Cu的情况相比，添加Cu可以减小复合材料及铝合金在直接人工时效态和先自然时效后人工时效态的硬度差值(ΔH)。其原因在于Cu可以促进人工时效时β"相析出，并形成稳定性良好的L相(一种含Cu纳米相，不易粗化)。然而，Cu会加剧自然时效团簇形成，这些团簇难以在人工时效时转变成析出相，不利于人工时效硬化。因此，Cu对于抑制自然时效的负面效应既存在有利影响，也存在不利影响，表现为ΔH随Cu含量增加产生波动变化。此外，随Cu含量增加，Cu抑制自然时效负面效应的作用在复合材料和合金中表现出不同的规律。与不含Cu的样品相比，复合材料中添加0.2%Cu即可显著降低ΔH，但在铝合金中Cu需增加至0.6%才出现明显效果。这种差异主要源自2方面原因：其一，在铝合金中添加0.2%Cu即会明显促进自然时效团簇的形成；而复合材料中界面及位错湮灭了空位，故0.2%Cu对自然时效团簇析出行为的影响不大；其二，复合材料中添加0.2%Cu便可形成L相，但合金中却不会。

Zhu S Z, Wang D, Xiao B L, et al.

Suppressed negative effects of natural aging by pre-aging in SiCp/6092Al composites

[J]. Composites, 2021, 212B: 108730

[本文引用: 1]

Zhang X X, Ni D R, Xiao B L, et al.

Determination of macroscopic and microscopic residual stresses in friction stir welded metal matrix composites via neutron diffraction

[J]. Acta Mater., 2015, 87: 161

DOI URL [本文引用: 1]

Luzin V, Spiridonov P, Spencer K, et al.

Neutron diffraction study of macrostress and microstress in Al-Al2O3-based corrosion protection coating obtained by cold spray (dynamic metallization)

[J]. J. Therm. Spray Technol., 2020, 29: 1437

DOI [本文引用: 1]

Roy S, Gibmeier J, Kostov V, et al.

Internal load transfer in a metal matrix composite with a three-dimensional interpenetrating structure

[J]. Acta Mater., 2011, 59: 1424

DOI URL [本文引用: 1]

Bouafia F, Serier B, Bouiadjra B A B.

Finite element analysis of the thermal residual stresses of SiC particle reinforced aluminum composite

[J]. Comput. Mater. Sci., 2012, 54: 195

DOI URL [本文引用: 1]

Cao D F, Duan Q F, Li S X, et al.

Effects of thermal residual stresses and thermal-induced geometrically necessary dislocations on size-dependent strengthening of particle-reinforced MMCs

[J]. Compos. Struct., 2018, 200: 290

DOI URL [本文引用: 1]

Zhang X X, Xiao B L, Andrä H, et al.

Multiscale modeling of macroscopic and microscopic residual stresses in metal matrix composites using 3D realistic digital microstructure models

[J]. Compos. Struct., 2016, 137: 18

DOI URL [本文引用: 1]

Zhang X, Wang S Q.

Interfacial strengthening of graphene/aluminum composites through point defects: A first-principles study

[J]. Nanomaterials, 2021, 11: 738

DOI URL [本文引用: 2]

The relationship between point defects and mechanical properties has not been fully understood yet from a theoretical perspective. This study systematically investigated how the Stone–Wales (SW) defect, the single vacancy (SV), and the double vacancy (DV) affect the mechanical properties of graphene/aluminum composites. The interfacial bonding energies containing the SW and DV defects were about twice that of the pristine graphene. Surprisingly, the interfacial bonding energy of the composites with single vacancy was almost four times that of without defect in graphene. These results indicate that point defects enhance the interfacial bonding strength significantly and thus improve the mechanical properties of graphene/aluminum composites, especially the SV defect. The differential charge density elucidates that the formation of strong Al–C covalent bonds at the defects is the most fundamental reason for improving the mechanical properties of graphene/aluminum composites. The theoretical research results show the defective graphene as the reinforcing phase is more promising to be used in the metal matrix composites, which will provide a novel design guideline for graphene reinforced metal matrix composites. Furthermore, the sp3-hybridized C dangling bonds increase the chemical activity of the SV graphene, making it possible for the SV graphene/aluminum composites to be used in the catalysis field.

Gxowa-Penxa Z, Daswa P, Modiba R, et al.

Development and characterization of Al-Al3Ni-Sn metal matrix composite

[J]. Mater. Chem. Phys., 2021, 259: 124027

DOI URL [本文引用: 1]

Dandekar C R, Shin Y C.

Molecular dynamics based cohesive zone law for describing Al-SiC interface mechanics

[J]. Composites, 2011, 42A: 355

[本文引用: 2]

Choi B K, Yoon G H, Lee S.

Molecular dynamics studies of CNT-reinforced aluminum composites under uniaxial tensile loading

[J]. Composites, 2016, 91B: 119

[本文引用: 2]

Zhang J F, Zhang X X, Wang Q Z, et al.

Simulation of anisotropic load transfer and stress distribution in SiCp/Al composites subjected to tensile loading

[J]. Mech. Mater., 2018, 122: 96

DOI URL [本文引用: 1]

Zhang X X, Zheng Z, Gao Y, et al.

Progress in high throughput fabrication and characterization of metal matrix composites

[J]. Acta Metall. Sin., 2019, 55: 109

DOI [本文引用: 1]

The "material genetic engineering" plan, based on the large data, is to investigate the high throughput design, fabrication and characterization techniques with the aim to shift the material research from traditional mode to high throughput mode with low cost and fast response speed, and to accelerate the research and development of new materials and achieve the goal of "double reduction halves". As the metal matrix composites (MMCs) exhibit multi-components and a thermodynamically non-equilibrium state during fabrication, some key issues occur and need to be addressed including: (1) for high throughput fabrication, currently developed high throughput technologies based on thermodynamically equilibrium conditions, such as spray printing and multi-node diffusion methods, are not applicable for MMCs; (2) for high throughput characterization, there is a lack of multi- dimensional, field and scale acquisition technique for the composition, morphology, microstructure and property of MMCs. In order to solve these problems, the progress on the research and development of high throughput fabrication and characterization techniques of MMCs was reviewed, especially, in the field of gradient reinforced MMCs and their high throughput combination characterization methods, which may promote the application of high throughput fabrication and characterization techniques in MMCs. Finally, the bottlenecks and prospects in the high throughput fabrication and characterization of MM Cs are proposed.

张学习, 郑忠, 高莹等.

金属基复合材料高通量制备及表征技术研究进展

[J]. 金属学报, 2019, 55: 109

DOI [本文引用: 1]

“材料基因工程”计划是以大数据作为支撑,采用高通量设计、制备和表征技术,促使材料研究从传统的试错模式转向低成本、快速响应的新模式,从而加快新材料的研发速度,实现研发成本和周期“双减半”的目标。金属基复合材料由于组分复杂、制备过程为热力学非平衡状态,带来一些新的问题需要解决,包括：(1) 高通量制备方法方面,针对合金块体样品开发的喷印合成法、多元结扩散法等基于热力学平衡理论的高通量制备技术无法直接用于金属基复合材料构件块体坯料的制造;(2) 高通量表征技术方面,缺乏针对金属基复合材料单一样品成分、形貌、组织、结构和性能的多维、多场、多尺度同步采集技术,以及针对阵列样品成分、形貌、组织与结构的快速表征技术。鉴于上述问题,本文综述了金属基复合材料高通量制备及表征技术发展现状及已取得的进展,特别是在增强体呈梯度分布的金属基复合材料制备技术与高通量组合表征方法上取得的突破,推动了高通量制备及表征技术在金属基复合材料领域的应用。最后指出了金属基复合材料高通量计算、制备方法和表征技术方面存在的瓶颈问题,并对高通量制备与表征技术的发展进行了展望。

Dezecot S, Buffiere J Y, Koster A, et al.

In situ 3D characterization of high temperature fatigue damage mechanisms in a cast aluminum alloy using synchrotron X-ray tomography

[J]. Scr. Mater., 2016, 113: 254

DOI URL [本文引用: 1]

Yokota M, Kusano T, Mori M, et al.

In-situ 3D visualization of compression process for powder beds by synchrotron-radiation X-ray computed laminography

[J]. Powder Technol., 2021, 380: 265

DOI URL [本文引用: 1]

Shoji E, Isogai S, Suzuki R, et al.

Neutron computed tomography of phase separation structures in solidified Cu-Co alloys and investigation of relationship between the structures and melt convection during solidification

[J]. Scr. Mater., 2020, 175: 29

DOI URL [本文引用: 1]

Zhang X X, Zhang J F, Liu Z Y, et al.

Microscopic stresses in carbon nanotube reinforced aluminum matrix composites determined by in-situ neutron diffraction

[J]. J. Mater. Sci. Technol., 2020, 54: 58

DOI [本文引用: 4]

One of the most desired strengthening mechanisms in the carbon nanotube reinforced aluminum matrix composites (CNT/Al) composites is the load transfer strengthening mechanism (LTSM). However, a fundamental issue concerning the LTSM is that quantitative measurements of load partitioning in these composites during loading are very limited. In this study, in-situ neutron diffraction study on the tensile deformation of the 3 vol.% CNT/2009Al composite and the unreinforced 2009Al alloy was conducted. The {311} and {220} diffraction elastic constants (DECs) of the 2009Al alloy were determined. Using those DECs the average stress in the 2009Al matrix of the composite was calculated. Then the average stress in the CNTs was separated by using the stress equilibrium condition. Computational homogenization models were also applied to explain the stress evolution in each phase. Predicted results agree with experimental data. In the present case, the average stress in the CNTs reaches 1630 MPa at the yield strength of the composite based on linear regression of the measured data, which leads to an increment of yield strength by about 37 MPa. As the result of this work, an approach to quantify load partitioning in the CNTs is developed for the CNT/Al composites, which can be applied to optimize the mechanical properties of the composites.

Huang M, Xu C, Fan G H, et al.

Role of layered structure in ductility improvement of layered Ti-Al metal composite

[J]. Acta Mater., 2018, 153: 235

DOI URL [本文引用: 1]

A three-dimensional realistic microstructure model of particle-reinforced metal matrix composites 1 2014 ... 为使有限元构筑的虚拟组织所计算的性能尽可能接近实验结果，人们对增强体形貌和分布建模、更合理的增强机制模型、更准确的界面描述方式等开展了研究.如图1所示，开发了凸多面体随机切割结合随机插入算法[1]，获得增强体和基体具有清晰边界的代表性体积单元(RVE)模型；开发了三维成像辅助建模方法[2]，获得了具有真实增强体结构的RVE模型；开发了堆垛模拟辅助建模方法，获得了高体积分数的颗粒增强铝基复合材料的RVE模型[3,4]. ... Deformation behavior and damage in B4Cp/6061Al composites: An actual 3D microstructure-based modeling 3 2020 ... 为使有限元构筑的虚拟组织所计算的性能尽可能接近实验结果，人们对增强体形貌和分布建模、更合理的增强机制模型、更准确的界面描述方式等开展了研究.如图1所示，开发了凸多面体随机切割结合随机插入算法[1]，获得增强体和基体具有清晰边界的代表性体积单元(RVE)模型；开发了三维成像辅助建模方法[2]，获得了具有真实增强体结构的RVE模型；开发了堆垛模拟辅助建模方法，获得了高体积分数的颗粒增强铝基复合材料的RVE模型[3,4]. ...

... 凭借中子源的高穿透性和大面积探测能力，以及同步辐射光源的高时空分辨优势，可在逼近真实制备与服役的环境中，对铝基复合材料中跨尺度、复杂的组织参量开展高精度原位表征和信息统计，可望实现多参量原位探测与集成调控.目前中子和同步辐射实验表征已用于铝基复合材料研究，如利用中子衍射原位拉伸实验(图5[51])和应力平衡条件计算分离出增强体中的平均应力，解决了CNT/Al复合材料的载荷传递强化机制定量测量难题，定量分析了CNT/Al中的载荷传递[51]，为CNT/Al复合材料的成分和结构设计提供了可靠的数据支撑.利用同步辐射原位拉伸分析，研究了Ti/Al层状复合材料的应力应变演化行为和裂纹演化行为，揭示了复合材料的强韧化机理，指导高强韧层状复合材料的开发[52]；利用同步辐射三维成像技术构建了真实增强体结构的B4C/Al复合材料RVE，通过有限元变形应力应变分析，获得了高精度的载荷传递和应力应变演化行为，为复合材料的力学性能优化提供了可靠的数据参考[2]. ... A rigid body dynamics simulation enhanced representative volume element builder for CNT/Al composite 1 2022 ... 为使有限元构筑的虚拟组织所计算的性能尽可能接近实验结果，人们对增强体形貌和分布建模、更合理的增强机制模型、更准确的界面描述方式等开展了研究.如图1所示，开发了凸多面体随机切割结合随机插入算法[1]，获得增强体和基体具有清晰边界的代表性体积单元(RVE)模型；开发了三维成像辅助建模方法[2]，获得了具有真实增强体结构的RVE模型；开发了堆垛模拟辅助建模方法，获得了高体积分数的颗粒增强铝基复合材料的RVE模型[3,4]. ... An advanced 3D modeling method for concrete-like particle-reinforced composites with high volume fraction of randomly distributed particles 1 2016 ... 为使有限元构筑的虚拟组织所计算的性能尽可能接近实验结果，人们对增强体形貌和分布建模、更合理的增强机制模型、更准确的界面描述方式等开展了研究.如图1所示，开发了凸多面体随机切割结合随机插入算法[1]，获得增强体和基体具有清晰边界的代表性体积单元(RVE)模型；开发了三维成像辅助建模方法[2]，获得了具有真实增强体结构的RVE模型；开发了堆垛模拟辅助建模方法，获得了高体积分数的颗粒增强铝基复合材料的RVE模型[3,4]. ... 3D Microstructure-based finite element modeling of deformation and fracture of SiCp/Al composites 2 2016 ... 在构建起RVE模型基础上，第二个难题是如何准确模拟界面特性对复合材料整体力学性能的影响规律.常用的Cohesive element模型可预测界面开裂[5~7]，但该模型将界面抽象为一个面，由3个应力分量描述界面受力，与常规材料力学模型使用6个应力分量的状态不一致，也与复合材料中界面具有一定厚度的实际情况不符.为了让界面属性能够代表近界面区域对整体力学性能的影响，开发出“铝合金基体+界面+增强体”三相RVE结构模型[8]，可使用常规材料力学模型描述界面属性，有利于简化计算模型，并有效模拟界面开裂行为对铝基复合材料力学性能的影响规律. ...

... 在金属基复合材料的多尺度模拟方面，现有研究主要集中在利用第一性原理[42,43]、分子动力学[44,45]、有限元[2,5,8,46]等多种模拟方法，实现了金属基复合材料从原子尺度到构件尺度的模拟分析.第一性原理能从原子尺度计算，例如表征单原子空位石墨烯与Al的界面结合能[42]，以加深对材料性能控制机理的理解.分子动力学模拟可以计算模拟从微观到介观的材料行为，例如界面开裂的力学行为[44]，并延伸到整体拉伸力学性能模拟[45]，能更清晰地揭示受载响应行为与性能关系.有限元模拟可以在构件和增强体2个尺度对金属基复合材料的强韧化和变形行为进行数值分析.近年来快速发展的RVE模型在金属基复合材料的性能预测和微观机理的分析上也发挥了越来越多的作用，可利用RVE预测铝基复合材料的开裂行为[8]，分析热残余应力和变形对SiC/Al复合材料中的应变梯度的影响等[9].在构件尺度的变形加工模拟上，有限元模拟能对铝基复合材料塑性变形加工提供高效可靠的辅助手段，进而有效提高工艺优化效率. ... Some issues in the application of cohesive zone models for metal-ceramic interfaces 0 2002 A highly efficient prediction of delamination migration in laminated composites using the extended cohesive damage model 1 2017 ... 在构建起RVE模型基础上，第二个难题是如何准确模拟界面特性对复合材料整体力学性能的影响规律.常用的Cohesive element模型可预测界面开裂[5~7]，但该模型将界面抽象为一个面，由3个应力分量描述界面受力，与常规材料力学模型使用6个应力分量的状态不一致，也与复合材料中界面具有一定厚度的实际情况不符.为了让界面属性能够代表近界面区域对整体力学性能的影响，开发出“铝合金基体+界面+增强体”三相RVE结构模型[8]，可使用常规材料力学模型描述界面属性，有利于简化计算模型，并有效模拟界面开裂行为对铝基复合材料力学性能的影响规律. ... Simulations of deformation and damage processes of SiCp/Al composites during tension 3 2018 ... 在构建起RVE模型基础上，第二个难题是如何准确模拟界面特性对复合材料整体力学性能的影响规律.常用的Cohesive element模型可预测界面开裂[5~7]，但该模型将界面抽象为一个面，由3个应力分量描述界面受力，与常规材料力学模型使用6个应力分量的状态不一致，也与复合材料中界面具有一定厚度的实际情况不符.为了让界面属性能够代表近界面区域对整体力学性能的影响，开发出“铝合金基体+界面+增强体”三相RVE结构模型[8]，可使用常规材料力学模型描述界面属性，有利于简化计算模型，并有效模拟界面开裂行为对铝基复合材料力学性能的影响规律. ...

... [8]，分析热残余应力和变形对SiC/Al复合材料中的应变梯度的影响等[9].在构件尺度的变形加工模拟上，有限元模拟能对铝基复合材料塑性变形加工提供高效可靠的辅助手段，进而有效提高工艺优化效率. ... An enhanced finite element model considering multi strengthening and damage mechanisms in particle reinforced metal matrix composites 2 2019 ... 铝基复合材料的力学性能受到载荷传递强化、应变梯度强化、热残余应力强化、细晶强化和基体损伤等多种机制的联合影响，为了保障模拟获得精确的力学性能，需要建立力学模型准确描述材料的变形力学行为.为了综合描述多种机制的协同作用，在接近真实结构的RVE模型基础上开发了适用于典型SiC/Al复合材料的增强型有限元模型[9]，可以准确模拟颗粒尺寸与取向等效应，定量分析各种强化/损伤机制以及残余应力对力学性能的作用.根据该模型的计算，载荷传递贡献最大；颗粒尺寸效应体现为细晶强化，能提高小颗粒复合材料的屈服强度；应变梯度强化仅对加工硬化率提升作用明显；残余应力的强化效果较弱，并且几乎不提高复合材料的加工硬化率；残余应力和应变梯度协同作用时，能进一步提高复合材料的屈服强度. ...

... 由于精确测量铝基复合材料残余应力所需中子衍射或同步X射线设备机时稀缺、实验耗时耗力，数值模拟预测成为重要的技术手段.单一尺度的传统有限元方法不能同时考虑铝基复合材料中宏观和微观残余应力，目前在金属基复合材料的残余应力数值模拟中，最常使用的方法是通过构建增强体尺度的RVE模型，通过变温或者传热过程的模拟，获得相间的残余应力[10,39,40].利用该方法获得的计算结果与实验值十分接近，并清晰地表现出基体、增强相中淬火总残余应力的微观分布形态均由热错配残余应力决定.该方法为了解铝基复合材料中宏观和微观残余应力的形成、分布特点以及数值大小提供了有效手段，为控制复合材料宏观和微观残余应力提供了理论依据.然而，这种方法在表征构件尺度宏观残余应力对不同相之间的微观残余应力影响方面仍有难度.为此，中国科学院金属研究所开发了构件和增强体2个尺度的多尺度耦合模拟方法，将构件尺度的残余应力施加到RVE模型中，从而获得了更为准确的铝基复合材料相间残余应力[41]，为铝基复合材料的精准残余应力模拟提供了研究方法. ... Stiff, strong and ductile heterostructured aluminum composites reinforced with oriented nanoplatelets 3 2020 ... 高强韧铝基复合材料增强相含量一般低于25% (体积分数，下同)，依然保留着铝合金可加工、塑韧性好的优点.其增强相的添加主要用于提升铝合金的模量、强度和耐疲劳等性能，因而该类复合材料适用于承载结构件.尽管纳米尺度的增强相(如碳纳米管(CNT)、石墨烯(GNP)等)能显著提升材料强度，但由于分散困难，增强相含量难以提升，材料的弹性模量增加有限，如图2[11~25]所示.相比于纳米级增强相，微米级增强相分散容易，添加量设计自由，能兼顾强度和模量，相比铝合金能显著降低结构质量和尺寸占用比，成为目前应用最典型的一类铝基复合材料. ...

... [11~25]Specific strength and specific modulus of aluminum matrix composites reinforced by micron (M-AMC) and nano (N-AMC) particles[11-25] (CNT—carbon nanotube, GNP—graphene nanoplatelet)Fig.22.1 Al-Cu-Mg系高强韧铝基复合材料

长期以来对铝基复合材料的强韧性调控主要关注颗粒尺寸、分布、界面结合以及相应的制备工艺调控原理等，对铝合金基体关注较少，几乎都是直接采用商用牌号铝合金.通常制备高强度铝基复合材料选用高强度Al-Cu-Mg合金，如2014Al、2024Al合金；如果需要设计导热好、低膨胀的铝基复合材料，则通常选取强度低、塑性较好的Al-Mg-Si合金，以补偿较高含量陶瓷颗粒添加所产生的脆性.随着对铝基复合材料组织性能认识深入，人们发现由于陶瓷颗粒添加会改变基体合金成分和组织，进而影响力学性能，因此在商用牌号铝合金基础上进行成分调整，成为挖掘铝基复合材料强韧性的重要手段. ...

... [11-25] (CNT—carbon nanotube, GNP—graphene nanoplatelet)Fig.22.1 Al-Cu-Mg系高强韧铝基复合材料

Preparation and characterization of carbon nanotubes/aluminum matrix composites 0 2007 Microstructure and mechanical properties of carbon nanotubes-reinforced 7055Al composites fabricated by high-energy ball milling and powder metallurgy processing 0 2021 高能球磨结合粉末冶金法制备碳纳米管增强7055Al复合材料的微观组织和力学性能 0 2021 High cycle fatigue behavior of the in-situ TiB2/7050 composite 0 2015 Microstructure and mechanical properties of TiB2/2219 composites 0 2014 Influence of the concentration and nature of carbon nanotubes on the mechanical properties of AA5083 aluminium alloy matrix composites 0 2014 Ultra-high strength GNP/2024Al composite via thermomechanical treatment 0 2022 Microstructures and mechanical properties of the Al2014 composites reinforced with bimodal sized SiC particles 0 2015 Tensile and fracture properties of 15 vol% SiCp/2009Al composites fabricated by hot isostatic pressing and hot extrusion processes 0 2014 Development and application of particulate reinforced aluminum matrix composites 0 2012 颗粒增强铝基复合材料研究与应用发展 0 2012 2009/SiC/25p aluminum MMC [E] 0 Suppressed negative influence of natural aging in SiCp/6092Al composites 1 2019 ... 通过向Al-Mg-Si合金中添加Cu，可形成具有良好强化作用的L相(一种成分尚不确定的无序结构含Cu相[33])，并抑制β'相形成，进而使复合材料人工时效态的强度和硬度提高[22,34].此外，Cu可以促进自然时效团簇向β''相和L相转变.与β'相不同，β''相和L相不易粗化，故自然时效团簇向它们转变可以减轻自然时效负效应.由此研制的17%SiC/6092Al (Al-1.2Mg-0.6Si-1.0Cu)复合材料，其自然时效态下延伸率高，因负效应导致的强度降低不足5%，而人工时效后的屈服强度高于常用的17%SiC/2009Al复合材料(如表1所示).但添加过多的Cu元素并不能彻底消除自然时效负效应，而且会增加自然时效硬化，降低冷加工性能. ... An investigation on particle weakening in T6-treated SiC/Al-Zn-Mg-Cu composites 0 2019 Effects of natural aging on precipitation behavior and hardening ability of peak artificially aged SiCp/Al-Mg-Si composites 5 2022 ... 然而，SiC/Al-Mg-Si复合材料经过自然时效后再进行人工时效时，硬化能力相比淬火后直接人工时效减弱，即产生自然时效负效应，导致强度下降[28~30].研究[24]表明，17%SiC/Al-1.2Mg-0.6Si复合材料和Al-1.2Mg-0.6Si合金在自然时效期间形成的原子团簇，均会在人工时效时强烈抑制β''相(Mg4 + x Al3 - x Si4，x为0~1[31])形成，且部分团簇会转变成易粗化的β'相(Mg9Si5[32])，使析出相总含量降低且平均尺寸增大(图3a和c[24])，进而引发自然时效负效应.而复合材料中的淬火位错可促进析出相沿位错形成(图3b和d[24])，能够减轻自然时效对析出相总含量的降低作用，因此复合材料的自然时效负效应弱于相同成分的铝合金. ...

... [24])，进而引发自然时效负效应.而复合材料中的淬火位错可促进析出相沿位错形成(图3b和d[24])，能够减轻自然时效对析出相总含量的降低作用，因此复合材料的自然时效负效应弱于相同成分的铝合金. ...

... [24])，能够减轻自然时效对析出相总含量的降低作用，因此复合材料的自然时效负效应弱于相同成分的铝合金. ...

... [24]Precipitate morphologies of 17%SiC/Al-1.2Mg-0.6Si composites in directly artificially aging state (a, b) and one-week natural aging then artificially aging state (c, d)[24]Fig.3

通过向Al-Mg-Si合金中添加Cu，可形成具有良好强化作用的L相(一种成分尚不确定的无序结构含Cu相[33])，并抑制β'相形成，进而使复合材料人工时效态的强度和硬度提高[22,34].此外，Cu可以促进自然时效团簇向β''相和L相转变.与β'相不同，β''相和L相不易粗化，故自然时效团簇向它们转变可以减轻自然时效负效应.由此研制的17%SiC/6092Al (Al-1.2Mg-0.6Si-1.0Cu)复合材料，其自然时效态下延伸率高，因负效应导致的强度降低不足5%，而人工时效后的屈服强度高于常用的17%SiC/2009Al复合材料(如表1所示).但添加过多的Cu元素并不能彻底消除自然时效负效应，而且会增加自然时效硬化，降低冷加工性能. ...

... [24]Fig.3

Research and application of powder metallurgy particle reinforced aluminum matrix composite used in aviation 3 2017 ... 高强韧铝基复合材料增强相含量一般低于25% (体积分数，下同)，依然保留着铝合金可加工、塑韧性好的优点.其增强相的添加主要用于提升铝合金的模量、强度和耐疲劳等性能，因而该类复合材料适用于承载结构件.尽管纳米尺度的增强相(如碳纳米管(CNT)、石墨烯(GNP)等)能显著提升材料强度，但由于分散困难，增强相含量难以提升，材料的弹性模量增加有限，如图2[11~25]所示.相比于纳米级增强相，微米级增强相分散容易，添加量设计自由，能兼顾强度和模量，相比铝合金能显著降低结构质量和尺寸占用比，成为目前应用最典型的一类铝基复合材料. ...

... ~25]Specific strength and specific modulus of aluminum matrix composites reinforced by micron (M-AMC) and nano (N-AMC) particles[11-25] (CNT—carbon nanotube, GNP—graphene nanoplatelet)Fig.22.1 Al-Cu-Mg系高强韧铝基复合材料

... -25] (CNT—carbon nanotube, GNP—graphene nanoplatelet)Fig.22.1 Al-Cu-Mg系高强韧铝基复合材料

航空用粉末冶金颗粒增强铝基复合材料研制及应用 3 2017 ... 高强韧铝基复合材料增强相含量一般低于25% (体积分数，下同)，依然保留着铝合金可加工、塑韧性好的优点.其增强相的添加主要用于提升铝合金的模量、强度和耐疲劳等性能，因而该类复合材料适用于承载结构件.尽管纳米尺度的增强相(如碳纳米管(CNT)、石墨烯(GNP)等)能显著提升材料强度，但由于分散困难，增强相含量难以提升，材料的弹性模量增加有限，如图2[11~25]所示.相比于纳米级增强相，微米级增强相分散容易，添加量设计自由，能兼顾强度和模量，相比铝合金能显著降低结构质量和尺寸占用比，成为目前应用最典型的一类铝基复合材料. ...

... -25] (CNT—carbon nanotube, GNP—graphene nanoplatelet)Fig.22.1 Al-Cu-Mg系高强韧铝基复合材料

International alloy designations and chemical composition limits for wrought aluminum and wrought aluminum alloys 1 2015 ... 以Al-Cu-Mg系合金为例，目前应用最典型的2009Al合金是1990年由美国注册，几乎专门用于制备铝基复合材料，其合金成分(质量分数，%)为：Cu 3.2~4.4，Mg 1.0~1.6，Si 0.25，Fe 0.05，Zn 0.1，Al余量[26].2009Al合金中Mn、Fe、Ti、Zn、Zr等微合金元素极少，有利于改善复合材料的塑性.张琪等[27]利用粉末冶金技术，使用Al、Cu、Mg粉为原料，通过真空烧结完成固态合金化，高效地优化了2009Al合金成分，进而实现了SiC/2009Al复合材料的快速研发.其中，17%SiC/2009Al复合材料自然时效态下屈服强度约为380 MPa，抗拉强度可达550 MPa，弹性模量可达98 GPa，而延伸率仍能保持在6%~8%.这些性能显著优于传统2024Al合金制备的相同种类复合材料，对于提高火星车服役可靠性与减重效益意义重大.目前，SiC/2009Al复合材料棒、环、管、锻件和异型材还广泛用于嫦娥5号、空间站等多个航天与国防关键工程型号，这表明SiC/2009Al复合材料已发展成熟. ... Phases and elemental distributions in SiCp/Al-Cu-Mg composite fabricated by powder metallurgy 1 2012 ... 以Al-Cu-Mg系合金为例，目前应用最典型的2009Al合金是1990年由美国注册，几乎专门用于制备铝基复合材料，其合金成分(质量分数，%)为：Cu 3.2~4.4，Mg 1.0~1.6，Si 0.25，Fe 0.05，Zn 0.1，Al余量[26].2009Al合金中Mn、Fe、Ti、Zn、Zr等微合金元素极少，有利于改善复合材料的塑性.张琪等[27]利用粉末冶金技术，使用Al、Cu、Mg粉为原料，通过真空烧结完成固态合金化，高效地优化了2009Al合金成分，进而实现了SiC/2009Al复合材料的快速研发.其中，17%SiC/2009Al复合材料自然时效态下屈服强度约为380 MPa，抗拉强度可达550 MPa，弹性模量可达98 GPa，而延伸率仍能保持在6%~8%.这些性能显著优于传统2024Al合金制备的相同种类复合材料，对于提高火星车服役可靠性与减重效益意义重大.目前，SiC/2009Al复合材料棒、环、管、锻件和异型材还广泛用于嫦娥5号、空间站等多个航天与国防关键工程型号，这表明SiC/2009Al复合材料已发展成熟. ... 粉末冶金制备SiCp/2009Al复合材料的相组成和元素分布 1 2012 ... 以Al-Cu-Mg系合金为例，目前应用最典型的2009Al合金是1990年由美国注册，几乎专门用于制备铝基复合材料，其合金成分(质量分数，%)为：Cu 3.2~4.4，Mg 1.0~1.6，Si 0.25，Fe 0.05，Zn 0.1，Al余量[26].2009Al合金中Mn、Fe、Ti、Zn、Zr等微合金元素极少，有利于改善复合材料的塑性.张琪等[27]利用粉末冶金技术，使用Al、Cu、Mg粉为原料，通过真空烧结完成固态合金化，高效地优化了2009Al合金成分，进而实现了SiC/2009Al复合材料的快速研发.其中，17%SiC/2009Al复合材料自然时效态下屈服强度约为380 MPa，抗拉强度可达550 MPa，弹性模量可达98 GPa，而延伸率仍能保持在6%~8%.这些性能显著优于传统2024Al合金制备的相同种类复合材料，对于提高火星车服役可靠性与减重效益意义重大.目前，SiC/2009Al复合材料棒、环、管、锻件和异型材还广泛用于嫦娥5号、空间站等多个航天与国防关键工程型号，这表明SiC/2009Al复合材料已发展成熟. ... The influence of temperature and storage time at RT on nucleation of the β″ phase in a 6082 Al-Mg-Si alloy 1 2003 ... 然而，SiC/Al-Mg-Si复合材料经过自然时效后再进行人工时效时，硬化能力相比淬火后直接人工时效减弱，即产生自然时效负效应，导致强度下降[28~30].研究[24]表明，17%SiC/Al-1.2Mg-0.6Si复合材料和Al-1.2Mg-0.6Si合金在自然时效期间形成的原子团簇，均会在人工时效时强烈抑制β''相(Mg4 + x Al3 - x Si4，x为0~1[31])形成，且部分团簇会转变成易粗化的β'相(Mg9Si5[32])，使析出相总含量降低且平均尺寸增大(图3a和c[24])，进而引发自然时效负效应.而复合材料中的淬火位错可促进析出相沿位错形成(图3b和d[24])，能够减轻自然时效对析出相总含量的降低作用，因此复合材料的自然时效负效应弱于相同成分的铝合金. ... Study of precipitation in Al-Mg-Si alloys by atom probe tomography I. Microstructural changes as a function of ageing temperature 0 2015 Influence of the thermal route on the peak-aged microstructures in an Al-Mg-Si aluminum alloy 1 2013 ... 然而，SiC/Al-Mg-Si复合材料经过自然时效后再进行人工时效时，硬化能力相比淬火后直接人工时效减弱，即产生自然时效负效应，导致强度下降[28~30].研究[24]表明，17%SiC/Al-1.2Mg-0.6Si复合材料和Al-1.2Mg-0.6Si合金在自然时效期间形成的原子团簇，均会在人工时效时强烈抑制β''相(Mg4 + x Al3 - x Si4，x为0~1[31])形成，且部分团簇会转变成易粗化的β'相(Mg9Si5[32])，使析出相总含量降低且平均尺寸增大(图3a和c[24])，进而引发自然时效负效应.而复合材料中的淬火位错可促进析出相沿位错形成(图3b和d[24])，能够减轻自然时效对析出相总含量的降低作用，因此复合材料的自然时效负效应弱于相同成分的铝合金. ... Precipitates in aluminium alloys 1 2018 ... 然而，SiC/Al-Mg-Si复合材料经过自然时效后再进行人工时效时，硬化能力相比淬火后直接人工时效减弱，即产生自然时效负效应，导致强度下降[28~30].研究[24]表明，17%SiC/Al-1.2Mg-0.6Si复合材料和Al-1.2Mg-0.6Si合金在自然时效期间形成的原子团簇，均会在人工时效时强烈抑制β''相(Mg4 + x Al3 - x Si4，x为0~1[31])形成，且部分团簇会转变成易粗化的β'相(Mg9Si5[32])，使析出相总含量降低且平均尺寸增大(图3a和c[24])，进而引发自然时效负效应.而复合材料中的淬火位错可促进析出相沿位错形成(图3b和d[24])，能够减轻自然时效对析出相总含量的降低作用，因此复合材料的自然时效负效应弱于相同成分的铝合金. ... The crystal structure of the β′ phase in Al-Mg-Si alloys 1 2007 ... 然而，SiC/Al-Mg-Si复合材料经过自然时效后再进行人工时效时，硬化能力相比淬火后直接人工时效减弱，即产生自然时效负效应，导致强度下降[28~30].研究[24]表明，17%SiC/Al-1.2Mg-0.6Si复合材料和Al-1.2Mg-0.6Si合金在自然时效期间形成的原子团簇，均会在人工时效时强烈抑制β''相(Mg4 + x Al3 - x Si4，x为0~1[31])形成，且部分团簇会转变成易粗化的β'相(Mg9Si5[32])，使析出相总含量降低且平均尺寸增大(图3a和c[24])，进而引发自然时效负效应.而复合材料中的淬火位错可促进析出相沿位错形成(图3b和d[24])，能够减轻自然时效对析出相总含量的降低作用，因此复合材料的自然时效负效应弱于相同成分的铝合金. ... The disordered structure of Q' and C phases in Al-Mg-Si-Cu alloy 1 2016 ... 通过向Al-Mg-Si合金中添加Cu，可形成具有良好强化作用的L相(一种成分尚不确定的无序结构含Cu相[33])，并抑制β'相形成，进而使复合材料人工时效态的强度和硬度提高[22,34].此外，Cu可以促进自然时效团簇向β''相和L相转变.与β'相不同，β''相和L相不易粗化，故自然时效团簇向它们转变可以减轻自然时效负效应.由此研制的17%SiC/6092Al (Al-1.2Mg-0.6Si-1.0Cu)复合材料，其自然时效态下延伸率高，因负效应导致的强度降低不足5%，而人工时效后的屈服强度高于常用的17%SiC/2009Al复合材料(如表1所示).但添加过多的Cu元素并不能彻底消除自然时效负效应，而且会增加自然时效硬化，降低冷加工性能. ... Influence of cu content on the negative effect of natural aging in SiC/Al-Mg-Si-Cu composites 1 2021 ... 通过向Al-Mg-Si合金中添加Cu，可形成具有良好强化作用的L相(一种成分尚不确定的无序结构含Cu相[33])，并抑制β'相形成，进而使复合材料人工时效态的强度和硬度提高[22,34].此外，Cu可以促进自然时效团簇向β''相和L相转变.与β'相不同，β''相和L相不易粗化，故自然时效团簇向它们转变可以减轻自然时效负效应.由此研制的17%SiC/6092Al (Al-1.2Mg-0.6Si-1.0Cu)复合材料，其自然时效态下延伸率高，因负效应导致的强度降低不足5%，而人工时效后的屈服强度高于常用的17%SiC/2009Al复合材料(如表1所示).但添加过多的Cu元素并不能彻底消除自然时效负效应，而且会增加自然时效硬化，降低冷加工性能. ... Cu含量对SiC/Al-Mg-Si-Cu复合材料自然时效负面效应的影响 1 2021 ... 通过向Al-Mg-Si合金中添加Cu，可形成具有良好强化作用的L相(一种成分尚不确定的无序结构含Cu相[33])，并抑制β'相形成，进而使复合材料人工时效态的强度和硬度提高[22,34].此外，Cu可以促进自然时效团簇向β''相和L相转变.与β'相不同，β''相和L相不易粗化，故自然时效团簇向它们转变可以减轻自然时效负效应.由此研制的17%SiC/6092Al (Al-1.2Mg-0.6Si-1.0Cu)复合材料，其自然时效态下延伸率高，因负效应导致的强度降低不足5%，而人工时效后的屈服强度高于常用的17%SiC/2009Al复合材料(如表1所示).但添加过多的Cu元素并不能彻底消除自然时效负效应，而且会增加自然时效硬化，降低冷加工性能. ... Suppressed negative effects of natural aging by pre-aging in SiCp/6092Al composites 1 2021 ... 借鉴Al-Mg-Si-(Cu)系合金预时效工艺，对17%SiC/6092Al复合材料淬火后立刻施加预时效处理，可形成硬化能力弱且容易向β''相和L相转变的原子团簇[35]，在减弱自然时效硬化的同时，进一步抑制自然时效负效应.最优预时效工艺下，自然时效负效应可完全消除.经预时效处理的17%SiC/6092Al复合材料，其自然时效态屈服强度仅250 MPa，约为17%SiC/2009Al复合材料的65%，延伸率约为它的1.6倍；人工时效后，17%SiC/6092Al复合材料的屈服强度较17%SiC/2009Al提高55 MPa，延伸率仅略有降低(表1).因此，将17%SiC/6092Al复合材料用于火星车车轮，在减重的同时可显著提高其在着陆与巡视探测时承受复杂力学载荷的可靠性. ... Determination of macroscopic and microscopic residual stresses in friction stir welded metal matrix composites via neutron diffraction 1 2015 ... 为了调控残余应力，首先要精准分析表征残余应力的大小和分布.常规的破坏性实验方法，如钻孔法、应变片法等，只能获得构件尺度的第一类残余应力(宏观残余应力)，难以获得铝基复合材料中最关键的相间残余应力(微观残余应力).同步辐射X射线及中子衍射技术，是获得铝基复合材料残余应力的关键实验手段，已有研究利用这些方法研究了铝基复合材料残余应力与制备加工工艺参数的关系[36,37]、变形过程中的增强相与基体合金残余应力演变[38]等，为铝基复合材料中的残余应力定量分析提供了可靠方法，为残余应力的控制提供了定量指导依据. ... Neutron diffraction study of macrostress and microstress in Al-Al2O3-based corrosion protection coating obtained by cold spray (dynamic metallization) 1 2020 ... 为了调控残余应力，首先要精准分析表征残余应力的大小和分布.常规的破坏性实验方法，如钻孔法、应变片法等，只能获得构件尺度的第一类残余应力(宏观残余应力)，难以获得铝基复合材料中最关键的相间残余应力(微观残余应力).同步辐射X射线及中子衍射技术，是获得铝基复合材料残余应力的关键实验手段，已有研究利用这些方法研究了铝基复合材料残余应力与制备加工工艺参数的关系[36,37]、变形过程中的增强相与基体合金残余应力演变[38]等，为铝基复合材料中的残余应力定量分析提供了可靠方法，为残余应力的控制提供了定量指导依据. ... Internal load transfer in a metal matrix composite with a three-dimensional interpenetrating structure 1 2011 ... 为了调控残余应力，首先要精准分析表征残余应力的大小和分布.常规的破坏性实验方法，如钻孔法、应变片法等，只能获得构件尺度的第一类残余应力(宏观残余应力)，难以获得铝基复合材料中最关键的相间残余应力(微观残余应力).同步辐射X射线及中子衍射技术，是获得铝基复合材料残余应力的关键实验手段，已有研究利用这些方法研究了铝基复合材料残余应力与制备加工工艺参数的关系[36,37]、变形过程中的增强相与基体合金残余应力演变[38]等，为铝基复合材料中的残余应力定量分析提供了可靠方法，为残余应力的控制提供了定量指导依据. ... Finite element analysis of the thermal residual stresses of SiC particle reinforced aluminum composite 1 2012 ... 由于精确测量铝基复合材料残余应力所需中子衍射或同步X射线设备机时稀缺、实验耗时耗力，数值模拟预测成为重要的技术手段.单一尺度的传统有限元方法不能同时考虑铝基复合材料中宏观和微观残余应力，目前在金属基复合材料的残余应力数值模拟中，最常使用的方法是通过构建增强体尺度的RVE模型，通过变温或者传热过程的模拟，获得相间的残余应力[10,39,40].利用该方法获得的计算结果与实验值十分接近，并清晰地表现出基体、增强相中淬火总残余应力的微观分布形态均由热错配残余应力决定.该方法为了解铝基复合材料中宏观和微观残余应力的形成、分布特点以及数值大小提供了有效手段，为控制复合材料宏观和微观残余应力提供了理论依据.然而，这种方法在表征构件尺度宏观残余应力对不同相之间的微观残余应力影响方面仍有难度.为此，中国科学院金属研究所开发了构件和增强体2个尺度的多尺度耦合模拟方法，将构件尺度的残余应力施加到RVE模型中，从而获得了更为准确的铝基复合材料相间残余应力[41]，为铝基复合材料的精准残余应力模拟提供了研究方法. ... Effects of thermal residual stresses and thermal-induced geometrically necessary dislocations on size-dependent strengthening of particle-reinforced MMCs 1 2018 ... 由于精确测量铝基复合材料残余应力所需中子衍射或同步X射线设备机时稀缺、实验耗时耗力，数值模拟预测成为重要的技术手段.单一尺度的传统有限元方法不能同时考虑铝基复合材料中宏观和微观残余应力，目前在金属基复合材料的残余应力数值模拟中，最常使用的方法是通过构建增强体尺度的RVE模型，通过变温或者传热过程的模拟，获得相间的残余应力[10,39,40].利用该方法获得的计算结果与实验值十分接近，并清晰地表现出基体、增强相中淬火总残余应力的微观分布形态均由热错配残余应力决定.该方法为了解铝基复合材料中宏观和微观残余应力的形成、分布特点以及数值大小提供了有效手段，为控制复合材料宏观和微观残余应力提供了理论依据.然而，这种方法在表征构件尺度宏观残余应力对不同相之间的微观残余应力影响方面仍有难度.为此，中国科学院金属研究所开发了构件和增强体2个尺度的多尺度耦合模拟方法，将构件尺度的残余应力施加到RVE模型中，从而获得了更为准确的铝基复合材料相间残余应力[41]，为铝基复合材料的精准残余应力模拟提供了研究方法. ... Multiscale modeling of macroscopic and microscopic residual stresses in metal matrix composites using 3D realistic digital microstructure models 1 2016 ... 由于精确测量铝基复合材料残余应力所需中子衍射或同步X射线设备机时稀缺、实验耗时耗力，数值模拟预测成为重要的技术手段.单一尺度的传统有限元方法不能同时考虑铝基复合材料中宏观和微观残余应力，目前在金属基复合材料的残余应力数值模拟中，最常使用的方法是通过构建增强体尺度的RVE模型，通过变温或者传热过程的模拟，获得相间的残余应力[10,39,40].利用该方法获得的计算结果与实验值十分接近，并清晰地表现出基体、增强相中淬火总残余应力的微观分布形态均由热错配残余应力决定.该方法为了解铝基复合材料中宏观和微观残余应力的形成、分布特点以及数值大小提供了有效手段，为控制复合材料宏观和微观残余应力提供了理论依据.然而，这种方法在表征构件尺度宏观残余应力对不同相之间的微观残余应力影响方面仍有难度.为此，中国科学院金属研究所开发了构件和增强体2个尺度的多尺度耦合模拟方法，将构件尺度的残余应力施加到RVE模型中，从而获得了更为准确的铝基复合材料相间残余应力[41]，为铝基复合材料的精准残余应力模拟提供了研究方法. ... Interfacial strengthening of graphene/aluminum composites through point defects: A first-principles study 2 2021 ... 在金属基复合材料的多尺度模拟方面，现有研究主要集中在利用第一性原理[42,43]、分子动力学[44,45]、有限元[2,5,8,46]等多种模拟方法，实现了金属基复合材料从原子尺度到构件尺度的模拟分析.第一性原理能从原子尺度计算，例如表征单原子空位石墨烯与Al的界面结合能[42]，以加深对材料性能控制机理的理解.分子动力学模拟可以计算模拟从微观到介观的材料行为，例如界面开裂的力学行为[44]，并延伸到整体拉伸力学性能模拟[45]，能更清晰地揭示受载响应行为与性能关系.有限元模拟可以在构件和增强体2个尺度对金属基复合材料的强韧化和变形行为进行数值分析.近年来快速发展的RVE模型在金属基复合材料的性能预测和微观机理的分析上也发挥了越来越多的作用，可利用RVE预测铝基复合材料的开裂行为[8]，分析热残余应力和变形对SiC/Al复合材料中的应变梯度的影响等[9].在构件尺度的变形加工模拟上，有限元模拟能对铝基复合材料塑性变形加工提供高效可靠的辅助手段，进而有效提高工艺优化效率. ...

... [42]，以加深对材料性能控制机理的理解.分子动力学模拟可以计算模拟从微观到介观的材料行为，例如界面开裂的力学行为[44]，并延伸到整体拉伸力学性能模拟[45]，能更清晰地揭示受载响应行为与性能关系.有限元模拟可以在构件和增强体2个尺度对金属基复合材料的强韧化和变形行为进行数值分析.近年来快速发展的RVE模型在金属基复合材料的性能预测和微观机理的分析上也发挥了越来越多的作用，可利用RVE预测铝基复合材料的开裂行为[8]，分析热残余应力和变形对SiC/Al复合材料中的应变梯度的影响等[9].在构件尺度的变形加工模拟上，有限元模拟能对铝基复合材料塑性变形加工提供高效可靠的辅助手段，进而有效提高工艺优化效率. ... Development and characterization of Al-Al3Ni-Sn metal matrix composite 1 2021 ... 在金属基复合材料的多尺度模拟方面，现有研究主要集中在利用第一性原理[42,43]、分子动力学[44,45]、有限元[2,5,8,46]等多种模拟方法，实现了金属基复合材料从原子尺度到构件尺度的模拟分析.第一性原理能从原子尺度计算，例如表征单原子空位石墨烯与Al的界面结合能[42]，以加深对材料性能控制机理的理解.分子动力学模拟可以计算模拟从微观到介观的材料行为，例如界面开裂的力学行为[44]，并延伸到整体拉伸力学性能模拟[45]，能更清晰地揭示受载响应行为与性能关系.有限元模拟可以在构件和增强体2个尺度对金属基复合材料的强韧化和变形行为进行数值分析.近年来快速发展的RVE模型在金属基复合材料的性能预测和微观机理的分析上也发挥了越来越多的作用，可利用RVE预测铝基复合材料的开裂行为[8]，分析热残余应力和变形对SiC/Al复合材料中的应变梯度的影响等[9].在构件尺度的变形加工模拟上，有限元模拟能对铝基复合材料塑性变形加工提供高效可靠的辅助手段，进而有效提高工艺优化效率. ... Molecular dynamics based cohesive zone law for describing Al-SiC interface mechanics 2 2011 ... 在金属基复合材料的多尺度模拟方面，现有研究主要集中在利用第一性原理[42,43]、分子动力学[44,45]、有限元[2,5,8,46]等多种模拟方法，实现了金属基复合材料从原子尺度到构件尺度的模拟分析.第一性原理能从原子尺度计算，例如表征单原子空位石墨烯与Al的界面结合能[42]，以加深对材料性能控制机理的理解.分子动力学模拟可以计算模拟从微观到介观的材料行为，例如界面开裂的力学行为[44]，并延伸到整体拉伸力学性能模拟[45]，能更清晰地揭示受载响应行为与性能关系.有限元模拟可以在构件和增强体2个尺度对金属基复合材料的强韧化和变形行为进行数值分析.近年来快速发展的RVE模型在金属基复合材料的性能预测和微观机理的分析上也发挥了越来越多的作用，可利用RVE预测铝基复合材料的开裂行为[8]，分析热残余应力和变形对SiC/Al复合材料中的应变梯度的影响等[9].在构件尺度的变形加工模拟上，有限元模拟能对铝基复合材料塑性变形加工提供高效可靠的辅助手段，进而有效提高工艺优化效率. ...

... [44]，并延伸到整体拉伸力学性能模拟[45]，能更清晰地揭示受载响应行为与性能关系.有限元模拟可以在构件和增强体2个尺度对金属基复合材料的强韧化和变形行为进行数值分析.近年来快速发展的RVE模型在金属基复合材料的性能预测和微观机理的分析上也发挥了越来越多的作用，可利用RVE预测铝基复合材料的开裂行为[8]，分析热残余应力和变形对SiC/Al复合材料中的应变梯度的影响等[9].在构件尺度的变形加工模拟上，有限元模拟能对铝基复合材料塑性变形加工提供高效可靠的辅助手段，进而有效提高工艺优化效率. ... Molecular dynamics studies of CNT-reinforced aluminum composites under uniaxial tensile loading 2 2016 ... 在金属基复合材料的多尺度模拟方面，现有研究主要集中在利用第一性原理[42,43]、分子动力学[44,45]、有限元[2,5,8,46]等多种模拟方法，实现了金属基复合材料从原子尺度到构件尺度的模拟分析.第一性原理能从原子尺度计算，例如表征单原子空位石墨烯与Al的界面结合能[42]，以加深对材料性能控制机理的理解.分子动力学模拟可以计算模拟从微观到介观的材料行为，例如界面开裂的力学行为[44]，并延伸到整体拉伸力学性能模拟[45]，能更清晰地揭示受载响应行为与性能关系.有限元模拟可以在构件和增强体2个尺度对金属基复合材料的强韧化和变形行为进行数值分析.近年来快速发展的RVE模型在金属基复合材料的性能预测和微观机理的分析上也发挥了越来越多的作用，可利用RVE预测铝基复合材料的开裂行为[8]，分析热残余应力和变形对SiC/Al复合材料中的应变梯度的影响等[9].在构件尺度的变形加工模拟上，有限元模拟能对铝基复合材料塑性变形加工提供高效可靠的辅助手段，进而有效提高工艺优化效率. ...

... [45]，能更清晰地揭示受载响应行为与性能关系.有限元模拟可以在构件和增强体2个尺度对金属基复合材料的强韧化和变形行为进行数值分析.近年来快速发展的RVE模型在金属基复合材料的性能预测和微观机理的分析上也发挥了越来越多的作用，可利用RVE预测铝基复合材料的开裂行为[8]，分析热残余应力和变形对SiC/Al复合材料中的应变梯度的影响等[9].在构件尺度的变形加工模拟上，有限元模拟能对铝基复合材料塑性变形加工提供高效可靠的辅助手段，进而有效提高工艺优化效率. ... Simulation of anisotropic load transfer and stress distribution in SiCp/Al composites subjected to tensile loading 1 2018 ... 在金属基复合材料的多尺度模拟方面，现有研究主要集中在利用第一性原理[42,43]、分子动力学[44,45]、有限元[2,5,8,46]等多种模拟方法，实现了金属基复合材料从原子尺度到构件尺度的模拟分析.第一性原理能从原子尺度计算，例如表征单原子空位石墨烯与Al的界面结合能[42]，以加深对材料性能控制机理的理解.分子动力学模拟可以计算模拟从微观到介观的材料行为，例如界面开裂的力学行为[44]，并延伸到整体拉伸力学性能模拟[45]，能更清晰地揭示受载响应行为与性能关系.有限元模拟可以在构件和增强体2个尺度对金属基复合材料的强韧化和变形行为进行数值分析.近年来快速发展的RVE模型在金属基复合材料的性能预测和微观机理的分析上也发挥了越来越多的作用，可利用RVE预测铝基复合材料的开裂行为[8]，分析热残余应力和变形对SiC/Al复合材料中的应变梯度的影响等[9].在构件尺度的变形加工模拟上，有限元模拟能对铝基复合材料塑性变形加工提供高效可靠的辅助手段，进而有效提高工艺优化效率. ... Progress in high throughput fabrication and characterization of metal matrix composites 1 2019 ... “十三五”以来，在国家重点研发计划项目的支持下，国内多家单位组建团队利用材料基因工程思想开展金属基复合材料研发，初步建立了铝基、钛基复合材料界面化学、热/动力学数据库；开发了以浸渗法、粉末冶金法为基础的均匀组织复合材料的高通量制备技术[47]；搭建了高通量表征装置与平台；开辟了复合材料组织性能调控多尺度模拟技术.这些工作为快速研发高性能金属基复合材料奠定了基础. ... 金属基复合材料高通量制备及表征技术研究进展 1 2019 ... “十三五”以来，在国家重点研发计划项目的支持下，国内多家单位组建团队利用材料基因工程思想开展金属基复合材料研发，初步建立了铝基、钛基复合材料界面化学、热/动力学数据库；开发了以浸渗法、粉末冶金法为基础的均匀组织复合材料的高通量制备技术[47]；搭建了高通量表征装置与平台；开辟了复合材料组织性能调控多尺度模拟技术.这些工作为快速研发高性能金属基复合材料奠定了基础. ... In situ 3D characterization of high temperature fatigue damage mechanisms in a cast aluminum alloy using synchrotron X-ray tomography 1 2016 ... 继传统金相学、电子显微学之后，基于中子源与同步辐射光源的原位探测技术正在成为金属材料表征新技术.目前在中子源和同步辐射光源原位实验研究方面，典型成果包括铸造铝合金高温疲劳损伤过程的三维形貌同步辐射原位成像[48]，以及对粉末层压过程中的晶粒及渗滤路径演化[49]，利用中子成像原位观测Cu-Co合金在凝固过程中的相分离行为[50]等.此外，基于同步辐射光源正在致力于发展纳米成像和纳米电子计算机断层扫描(CT)、运动衬度成像等，以实现材料内的不同层级结构的跨尺度分析及弱信号的原位无损表征；中子源也正在积极开发更加符合材料真实制备加工和服役环境的原位实验和多维度探测系统. ... In-situ 3D visualization of compression process for powder beds by synchrotron-radiation X-ray computed laminography 1 2021 ... 继传统金相学、电子显微学之后，基于中子源与同步辐射光源的原位探测技术正在成为金属材料表征新技术.目前在中子源和同步辐射光源原位实验研究方面，典型成果包括铸造铝合金高温疲劳损伤过程的三维形貌同步辐射原位成像[48]，以及对粉末层压过程中的晶粒及渗滤路径演化[49]，利用中子成像原位观测Cu-Co合金在凝固过程中的相分离行为[50]等.此外，基于同步辐射光源正在致力于发展纳米成像和纳米电子计算机断层扫描(CT)、运动衬度成像等，以实现材料内的不同层级结构的跨尺度分析及弱信号的原位无损表征；中子源也正在积极开发更加符合材料真实制备加工和服役环境的原位实验和多维度探测系统. ... Neutron computed tomography of phase separation structures in solidified Cu-Co alloys and investigation of relationship between the structures and melt convection during solidification 1 2020 ... 继传统金相学、电子显微学之后，基于中子源与同步辐射光源的原位探测技术正在成为金属材料表征新技术.目前在中子源和同步辐射光源原位实验研究方面，典型成果包括铸造铝合金高温疲劳损伤过程的三维形貌同步辐射原位成像[48]，以及对粉末层压过程中的晶粒及渗滤路径演化[49]，利用中子成像原位观测Cu-Co合金在凝固过程中的相分离行为[50]等.此外，基于同步辐射光源正在致力于发展纳米成像和纳米电子计算机断层扫描(CT)、运动衬度成像等，以实现材料内的不同层级结构的跨尺度分析及弱信号的原位无损表征；中子源也正在积极开发更加符合材料真实制备加工和服役环境的原位实验和多维度探测系统. ... Microscopic stresses in carbon nanotube reinforced aluminum matrix composites determined by in-situ neutron diffraction 4 2020 ... 凭借中子源的高穿透性和大面积探测能力，以及同步辐射光源的高时空分辨优势，可在逼近真实制备与服役的环境中，对铝基复合材料中跨尺度、复杂的组织参量开展高精度原位表征和信息统计，可望实现多参量原位探测与集成调控.目前中子和同步辐射实验表征已用于铝基复合材料研究，如利用中子衍射原位拉伸实验(图5[51])和应力平衡条件计算分离出增强体中的平均应力，解决了CNT/Al复合材料的载荷传递强化机制定量测量难题，定量分析了CNT/Al中的载荷传递[51]，为CNT/Al复合材料的成分和结构设计提供了可靠的数据支撑.利用同步辐射原位拉伸分析，研究了Ti/Al层状复合材料的应力应变演化行为和裂纹演化行为，揭示了复合材料的强韧化机理，指导高强韧层状复合材料的开发[52]；利用同步辐射三维成像技术构建了真实增强体结构的B4C/Al复合材料RVE，通过有限元变形应力应变分析，获得了高精度的载荷传递和应力应变演化行为，为复合材料的力学性能优化提供了可靠的数据参考[2]. ...

... [51]，为CNT/Al复合材料的成分和结构设计提供了可靠的数据支撑.利用同步辐射原位拉伸分析，研究了Ti/Al层状复合材料的应力应变演化行为和裂纹演化行为，揭示了复合材料的强韧化机理，指导高强韧层状复合材料的开发[52]；利用同步辐射三维成像技术构建了真实增强体结构的B4C/Al复合材料RVE，通过有限元变形应力应变分析，获得了高精度的载荷传递和应力应变演化行为，为复合材料的力学性能优化提供了可靠的数据参考[2]. ...

... [51]In situ neutron diffraction experiment[51]

(a) experiment apparatus (b) diffraction pattern ...

... [51]

(a) experiment apparatus (b) diffraction pattern ...

Role of layered structure in ductility improvement of layered Ti-Al metal composite 1 2018 ... 凭借中子源的高穿透性和大面积探测能力，以及同步辐射光源的高时空分辨优势，可在逼近真实制备与服役的环境中，对铝基复合材料中跨尺度、复杂的组织参量开展高精度原位表征和信息统计，可望实现多参量原位探测与集成调控.目前中子和同步辐射实验表征已用于铝基复合材料研究，如利用中子衍射原位拉伸实验(图5[51])和应力平衡条件计算分离出增强体中的平均应力，解决了CNT/Al复合材料的载荷传递强化机制定量测量难题，定量分析了CNT/Al中的载荷传递[51]，为CNT/Al复合材料的成分和结构设计提供了可靠的数据支撑.利用同步辐射原位拉伸分析，研究了Ti/Al层状复合材料的应力应变演化行为和裂纹演化行为，揭示了复合材料的强韧化机理，指导高强韧层状复合材料的开发[52]；利用同步辐射三维成像技术构建了真实增强体结构的B4C/Al复合材料RVE，通过有限元变形应力应变分析，获得了高精度的载荷传递和应力应变演化行为，为复合材料的力学性能优化提供了可靠的数据参考[2]. ...

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