2025年大学大四（金属材料工程）金属基复合材料试题及答案.doc

2025年大学大四（金属材料工程）金属基复合材料试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题 共30分）
答题要求：本卷共10小题，每小题3分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。

1. 金属基复合材料中，增强相的主要作用不包括以下哪一项？
A. 提高材料强度
B. 降低材料密度
C. 增加材料导电性
D. 改善材料高温性能
2. 以下哪种材料不属于常见的金属基复合材料增强相？
A. 碳纤维
B. 碳化硅颗粒
C. 氧化铝纤维
D. 铜粉
3. 制备金属基复合材料时，液态金属与增强相之间的润湿性对复合材料性能影响很大。润湿性好意味着：
A. 复合材料界面结合弱
B. 增强相容易分散均匀
C. 复合材料密度降低
D. 材料硬度减小
4. 金属基复合材料的热膨胀系数通常：
A. 比基体金属大
B. 比基体金属小
C. 与基体金属相同
D. 与增强相相同
5. 在金属基复合材料中，当增强相体积分数增加时，复合材料的强度一般会：
A. 先增加后降低
B. 持续增加
C. 持续降低
D. 先降低后增加
6. 对于颗粒增强金属基复合材料，颗粒尺寸对性能的影响是：
A. 颗粒尺寸越大，性能越好
B. 颗粒尺寸越小，性能越好
C. 存在一个最佳颗粒尺寸使性能最优
D. 颗粒尺寸对性能无影响
7. 金属基复合材料在航空航天领域应用广泛，主要是因为其具有：
A. 高成本但高性能
B. 低密度、高强度和良好的高温性能
C. 易加工成型
D. 耐腐蚀性差
8. 下列哪种制备方法不属于金属基复合材料的常用制备方法？
A. 搅拌铸造法
B. 粉末冶金法
C. 化学气相沉积法
D. 挤压铸造法
9. 金属基复合材料的疲劳性能与以下因素关系不大的是：
A. 增强相含量
B. 基体金属硬度
C. 复合材料的孔隙率
D. 材料的颜色
10. 当金属基复合材料承受交变载荷时，其失效形式主要是：
A. 增强相断裂
B. 基体金属塑性变形
C. 界面脱粘和裂纹扩展
D. 材料熔化

第II卷（非选择题 共70分）

（总共3题，每题10分，答题要求）
答题要求：请简要回答下列问题。

11. 简述金属基复合材料的主要性能特点。
12. 说明颗粒增强金属基复合材料中颗粒增强相的作用原理。
13. 列举三种金属基复合材料在实际工程中的应用实例，并说明其应用优势。

（总共2题，每题15分，答题要求）
答题要求：结合所学知识，分析以下问题。

14. 材料：某金属基复合材料由铝合金基体和碳化硅颗粒增强相组成。在对该复合材料进行拉伸试验时，发现其强度低于预期。已知制备过程中增强相分布均匀，且基体合金成分符合要求。请分析可能导致强度不足的原因，并提出改进措施。
15. 材料：在航空发动机部件制造中，金属基复合材料因其优异性能受到关注。但在实际应用过程中，发现该复合材料在高温环境下抗氧化性能较差，影响了部件的使用寿命。请分析抗氧化性能差的原因，并提出提高抗氧化性能的方法。

（总共2题，每题20分，答题要求）
答题要求：根据所给材料，回答问题。

材料：金属基复合材料在汽车工业中的应用越来越受到重视。以某汽车发动机缸体采用金属基复合材料为例，该复合材料由镁合金基体和硼纤维增强相构成。与传统铸铁缸体相比，其重量减轻了30%，散热性能提高了40%，但成本增加了约2倍。在实际使用过程中，发现该缸体在承受高负荷运转时，硼纤维与镁合金基体之间出现了一定程度的界面脱粘现象，导致缸体局部强度下降。

16. 分析该金属基复合材料缸体在汽车发动机上应用的优势和不足。
17. 针对该缸体出现的界面脱粘问题，提出解决方案，并说明理由。

答案：1. C 2. D 3. B 4. B 5. A 6. C 7. B 8. C 9. D 10. C 11. 金属基复合材料具有高比强度（强度与密度之比）、高比模量（模量与密度之比），可在减轻结构重量的同时保持较高的力学性能；良好的高温性能，能在高温环境下使用；还有较好的耐磨性、耐腐蚀性等 12. 颗粒增强相主要通过承载和阻碍位错运动来强化基体。当材料受力时，颗粒承担部分载荷，使基体所受应力减小；同时颗粒阻碍基体中位错的滑移，增加位错运动的阻力，从而提高复合材料的强度和硬度等性能。 13. 如航空发动机叶片用金属基复合材料，可提高叶片耐高温性能和比强度，减轻发动机重量；汽车制动盘用金属基复合材料，能提高制动性能和散热性，延长使用寿命；电子封装用金属基复合材料，具有良好的导热性和导电性。 14. 可能原因：界面结合强度不足，导致载荷传递不畅；制备过程中可能存在残余应力。改进措施：优化界面处理工艺，提高界面结合强度；采用合适的热处理工艺消除残余应力。 15. 抗氧化性能差的原因：高温下基体金属易与氧气发生反应；增强相可能也会在一定程度上影响抗氧化膜的形成。提高方法：在复合材料表面涂覆抗氧化涂层；对基体金属进行合金化设计，提高其自身抗氧化能力。 16. 优势：重量减轻可降低整车重量，提高燃油经济性；散热性能提高有助于发动机性能提升。不足：成本增加；出现界面脱粘现象影响局部强度。 17. 解决方案：优化界面设计，如采用表面改性处理使硼纤维与镁合金基体更好结合；选择合适的基体合金成分，改善与增强相的相容性。理由：优化界面设计可增强界面结合力，减少脱粘；合适的合金成分能从根本上提高基体与增强相的相互作用，防止界面脱粘。