国内铝锂合金基础研究及应用技术开发

总结了国内在铝锂合金主合金元素Cu、Li以及微合金元素Mg、Ag、Zn、稀土的(微)合金化效果及作用机理方面的研究结果。在主合金元素的研究方面,重点阐述了铝锂合金强度随Cu+Li总原子分数及Cu/(Cu+Li)原子分数比例增加而提高,但晶间腐蚀(IGC)抗力则随Cu/Li比增加而逐渐降低的规律及相关机理。在微合金化元素研究方面,主要阐述了Mg+X(X=Ag/Zn)添加促进T_1(Al_2CuLi)相形核并提高铝锂合金力学性能的机理,其强化效果的规律表现为:Mg+Ag+ZnMg+AgMg+ZnMg,同时还阐明了添加微量Zn元素提高铝锂合金IGC抗力,而添加微量Ag则降低IGC抗力的现象及其机理;另外,还总结了稀土(RE)元素分别在高Cu/Li比铝锂合金(以T1相为主强化相)及低Cu/Li比铝锂合金[以δ'(Al_3Li)相为主强化相]中的不利影响及有利影响的作用机理。除此之外,简述了国内航天用2195铝锂合金旋压、摩擦搅拌焊、氩弧焊、化铣等应用技术的开发情况。     

铝锂合金及其在航天工业上的应用

综述了铝锂合金发展的三个阶段及三个阶段铝锂合金的性能特点。重点阐述了Cu、Li等主合金元素以及Mg、Ag、Zn、Mn、Sc、Zr、In和稀土Ce等微合金化元素在第三代铝锂合金中的合金化作用;这些微合金化元素可改变合金中原有析出相的尺寸、形状、分布,或促使新的强化相析出,也可以细化晶粒、控制再结晶。总结了铝锂合金在航天工业中的应用实践及在将来的应用计划。     

CuSn预合金对金属粉末选区激光烧结过程及烧结体质量的影响

研究了CuSn预合金对Cu基金属粉末和Ni基金属粉末选区激光烧结的影响。结果表明,对于Cu-CuSn-CuP和Ni-CuSn-CuP两类合金粉末,通过合理控制激光工艺参数(特别是激光功率和扫描速率),能顺利实现粉末烧结成形,且无明显的"球化"效应和翘曲变形。对于Cu-CuSn-CuP合金,由于结构金属Cu的熔点相对较低,在一定的工艺条件下,可以通过调整CuSn的配比,得到致密的显微组织均匀的烧结件;而对于Ni-CuSn-CuP合金,结构金属Ni的熔点相对较高,虽然也可以得到较为致密的烧结件,但其微观组织存在明显的不均匀性。     

SiC陶瓷与钛合金（Ag-Cu-Ti）-SiCp复合钎焊接头组织结构研究

用合金化的Ag-Cu-Ti粉及SiC粉组成的混合粉末钎料,真空无压钎焊SiC陶瓷和Ti合金.研究结果表明,在Ag-Cu-Ti粉末钎料中加入15vol%～30vol%SiC粉末能明显降低接头热应力,获得完整的SiC颗粒增强的复合接头.加入的SiC颗粒、SiC陶瓷母材均与连接层中的Ti起反应,形成表面反应层Ti3SiC2及分布于Ag-Cu-Ti合金中的Ti-Si化合物,随SiC颗粒增加,反应层变薄.连接层中的Cu元素与连接的Ti合金相互扩散,形成Cu-Ti相界面扩散带.     

Cu、Li 含量对Mg、Ag、Zn 复合微合金化铝锂合金力学性能及微观组织的影响

通过18个不同Cu(3.24%~4.16%)、Li(0.94%~1.44%)含量的0.4Mg+0.4Ag+0.4Zn复合微合金化Al-Cu-Li合金,研究总结了T8时效处理时Cu含量及Li含量对铝锂合金强度和微观组织的影响,并采用合金中非固溶Cu、Li原子总分数及Cu/Li原子分数比例阐明了强度及微观组织的影响规律及机理。结果表明:合金中时效强化相包括T1相(Al2Cu Li)、θ'相(Al2Cu)和δ'相(Al3Li)。Cu、Li原子总分数及其比例增加,合金中时效强化相总量及T1相比例大,合金强度较高。而Cu/Li原子分数比例较低,δ'相比例增加,T1相比例下降,合金强度降低。     

激光粉末床融合铝合金微合金化研究进展

针对传统铝合金在激光粉末床融合技术(LaserPowderBedFusion,LPBF)中的高裂纹敏感性,总结了近年来通过微合金化方法改善 LPBF铝合金成型性及力学性能的研究进展。综述了微合金元素在成型过程中的作用机理,重点讨论了 Er、Zr元素对微观组织的调控即晶粒细化,总结了 LPBF微合金化铝合金的成型工艺研究,分析了微合金改性后热处理工艺诱导第二相弥散析出及对应力学性能的研究。对未来 LPBF铝合金微合金化研究提出展望,开发新的微合金改性铝合金并探索适合工业生产的热处理工艺,获得低成本、高强度的 LPBF铝合金。     

添加微量铜对FeCoNbSiB合金非晶形成能力及磁性的影响

采用工业用硼铁为主要原料制备一种FeCoNbSiBCu大块非晶合金.采用差示扫描量热分析、X射线衍射分析、扫描电镜及能谱分析对合金的非晶形成能力进行研究.结果表明,通过添加微量Cu可以显著提高FeCoNbSiB合金玻璃形成能力,当添加Cu的原子比含量为0.5at%～0.7at%时,合金的非晶形成能力明显提高.采用振动样品磁强计对铸态样品的软磁性能进行研究.结果表明,当Cu的加入量为0.5at%时,非晶合金的软磁性能得到提高.     

低温球磨粉末冶金制备Al-Cu-Mg合金的微观组织及力学性能

利用快速凝固和低温球磨复合工艺制备Al-Cu-Mg合金粉末,通过冷压、热挤压工艺固结成形,并对其进行固溶和自然时效处理,研究该过程中材料的微观组织变化和力学性能。结果表明:球形Al-Cu-Mg合金雾化粉末球磨4h后全部变为层片状,Cu Al2和Al2Cu Mg相发生分解并回溶入α(Al)基体中形成过饱和固溶体;挤压态材料的组织致密(致密度达98.6%),经热处理后平均晶粒尺寸约900nm,自然时效阶段合金中析出大量弥散分布的GP区和S″相;T4态材料的抗拉强度和屈服强度分别为526MPa和397MPa,而伸长率(15%)仍保持在较高水平,其强化方式主要为细晶强化和沉淀强化。     

AZ91D镁合金表面复合镀层局部腐蚀现象解析及化学镀Ni-P-Cu的研究

采用SEM-EDX和光学显微镜等分析手段,研究了AZ91D镁合金化学镀Ni-P/电镀Cu/Ni/Cr复合镀层盐雾试验时局部严重腐蚀的原因.研究发现,AZ91D镁合金基体的孑L隙缺陷是由于其在化学镀和电镀过程中,缺陷处未能形成致密镀层而出现凹陷贯穿性的微孔所致.在此基础上,探讨了加入微量Cu的化学镀Ni-P工艺,Cu能显著细化镀层胞状组织尺寸,抑制表面胞状凸起;极化曲线和盐雾测试表明Cu微合金化的Ni-P镀层能明显改善Ni-P化学镀层的耐蚀性能.     

稀土元素La,Ce对机械合金化TiAl合金显微组织和性能的影响

采用机械合金化结合粉末冶金技术制备Ti-44.7Al-xLa-yCe(原子分数/%,下同)合金材料.利用扫描电镜和金相显微镜研究不同La,Ce添加量对机械合金化TiAl基合金的显微组织的影响,并对合金的力学性能进行测试.研究表明,通过机械合金化在TiAl基合金系统中添加微量稀土元素La,Ce对TiAl基合金的细化作用非常明显,TiAl的强度开始随着稀土元素La的增加而增加,当La元素含量为0.5%时,达到峰值,然后强度随稀土含量的增加而下降;而合金的强度却随添加Ce的含量的增加而直线下降,同时添加稀土La的TiAl合金的强度远高于加稀土Ce的TiAl合金的强度.     

添加难熔金属化合物C/C复合材料的微观结构

利用液相浸渍法制备了含有难熔金属化合物的C/C复合材料,通过金相显微镜、面扫描观察了难熔金属颗粒在材料中的分散状态;并表征了碳纤维、基体碳的微观结构和纤维/基体的界面状态.研究发现,难熔金属化合物在高温下对碳具有催化石墨化和诱导石墨化作用,石墨微晶尺寸大,发育好,取向性高.     

AZ91D镁合金表面激光等离子复合喷涂Al-Si/Al+Al2O3涂层的研究

利用一种全新的激光等离子同时复合喷涂加工技术,成功在AZ91D镁合金表面制备了Al-Si/Al+Al2O3涂层,并研究了激光功率对涂层结构和性能的影响.利用SEM、光学显微镜法、XRD、显微硬度计等分析测试手段研究了在不同激光功率下的涂层形貌、孔隙率、相组成、显微硬度.结果表明:Al-Si过渡层明显改善了涂层与基体的结...     

微叠层结构EB-PVD热障涂层

采用EB-PVD非连续沉积工艺制备了微叠层结构热障涂层,对涂层结构和晶体形貌进行了SEM观察和分析,采用激光脉冲法测定了涂层的热扩散系数,并采用增重法研究了涂层的氧化动力学特征,分析了氧化后的元素扩散情况.结果表明,非连续EB-PVD沉积工艺制备的涂层具有明显的层状特征,常规EB-PVD热障涂层的柱状晶结构被周期性地打破;但在每一层中,柱状晶结构得以保留,且晶粒更加细化.微叠层热障涂层的热扩散系数比常规热障涂层降低20%～30%,涂层热扩散系数的降低主要与层间界面和晶粒的细化减小了声子的平均自由程有关.微叠层结构热障涂层的氧化增重速率明显低于常规试样,遵循典型的抛物线规律,垂直于元素扩散方向的层间界面和细晶更有效地降低或阻止了O、Al、Ni、Cr等元素的扩散,可能是氧化增重速率较低的主要原因.     

Fabrication of Nanostructured Electroforming Copper Layer by Means of an Ultrasonic-assisted Mechanical Treatment

Electroformed copper layer with nanostructure is obtained using a subsequent mechanical treatment under the conditions of ultrasonic vibration according to the demand of high performance material in aeronautics. The microstructure of the electroformed copper layer is observed by optical microscope (OM), scanning electron microscope (SEM) and transmission electron microscope (TEM). The tensile strength is evaluated with a tensile tester. It is found that bulk crystal of electroformed copper's surface layer is changed to nanocrystals (about 10 nm in size) after the ultrasonic-assisted mechanical treatment (UMT) but the whole monocrystalline structure still remains. The tensile strength exhibited by the new copper layer is two times better than the regular electroformed copper layer, while the fracture strain remains constant. In addition, the strengthening mechanism of UMT process is proved to be dislocation strengthening mechanism.     

微量Er,Y对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金均匀化的影响

采用光学显微镜(OM)、差热分析(DTA)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等分析技术研究了在Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金中添加微量稀土元素Er和Y对其均匀化行为的影响。研究结果表明:在Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金中复合添加微量Er,Y(质量分数0.4%)使合金的共晶化合物溶解温度升高,其均匀化温度相应提高。合金经二级均匀化处理后仍残留较多的S(Al2CuMg)相和Al8Cu4Er相,其中S(Al2CuMg)相能在三级均匀化条件下得到有效消除,但Al8Cu4Er相很难消除。经465℃/24h+475℃/4h+485℃/4h三级均匀化处理后,合金中残留的共晶化合物数量已经很少,基体上分布有大量、均匀、细小的第二相质点,对抑制合金再结晶,提高合金性能十分有利。     

激光喷丸强化TC6钛合金的振动疲劳寿命及断口形貌分析

为了研究TC6钛合金激光喷丸强化(Laser Shocking Peening,LSP)处理后对振动疲劳寿命的影响,采用不同喷丸次数的方法对TC6钛合金进行LSP处理,采用振动疲劳测试系统对振动试样进行振动疲劳测试,用X射线衍射仪和显微硬度计测试LSP前后试样的残余应力和硬度,研究LSP对TC6钛合金振动疲劳性能的影响...     

A Novel Processing Route for Ni-doped Alumina Composites

Alumina-based composites containing 0-15wt% Ni metallic phase were produced by hot press-sintering Ni-coated alumina pow-ders. The Ni-coated alumina powders were prepared by the aqueous heterogeneous precipitation of alumina micro-powders and nickel sulfate salt followed by reduction process. The microstructural features and dispersion of Ni phase in Ni-coated alumina powders and the subsequent alumina-Ni cermets were investigated using scanning electron microscope (SEM), X-ray diffractometer (XRD), and trans-mission electron microscope (TEM). The relative density of the hot press-sintered composites was measured with the Archimedes’ method while the fracture strength and the fracture toughness were defined with the three-point bending method and the mi-cro-indentation fracture method. In the formation of alumina-Ni cermets from sintered Ni-coated alumina powders, Ni phase to some extent limits the densification rate and stifles the coarsening and growing process of alumina grains. The Ni phase is found to be located at the interfaces and the triple-joint junctions of alumina grains which results into alteration of the fracture mode of alumina and its in-creased fracture strength and fracture toughness if compared with monolithic alumina.     

GH3044合金堵盖高温氧化机理研究

为了研究固体推进剂燃气对GH3044合金堵盖的作用机理,通过光学显微镜、扫描电镜、硬度测试仪等手段对GH3044合金堵盖的孔洞进行测试与分析。结果显示:在氧化性气氛下,GH3044合金出现了沿晶界的择优氧化,形成了楔形裂纹,在热应力及氧化物长大的膨胀应力作用下发生剥落并最终形成喇叭形的烧蚀孔洞;其中,燃气中的金属氧化物(PbO)沿晶界与基体中的Ni发生氧化还原反应,形成低熔点的Pb-Ni共晶,进一步加剧了GH3044合金的高温氧化。     

2Cr16Ni2MoN不锈钢组织与性能研究

通过拉伸测试、冲击测试、硬度测试、透射电镜及扫描电镜观察分析等手段研究了不同热处理状态下2Cr16Ni2MoN不锈钢的组织与性能.研究结果表明,钢采用低于1000℃的固溶温度,组织中存在未溶的(Cr,Mo)23C6,当固溶温度高于1100℃时,马氏体板条明显粗化,均对钢的力学性能不利,钢比较适宜的固溶温度为1040℃.该钢时效硬化的主要原因是组织中析出与基体共格的(Cr,Fe,Mo)2C碳化物.钢经1040℃固溶,560℃时效可以获得较好的强度与韧性配合.