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。     

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。     

高强铝合金中间相Al2 Cu,Al2 CuMg和MgZn2性能的第一性原理计算

采用第一性原理平面波赝势方法,计算Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金主要中间相Al2 Cu,Al2 CuMg和MgZn2的结合能、形成焓、弹性常数及态密度。计算结果表明：3相结合能按MgZn2>Al2 CuMg>Al2 Cu顺序递减;形成焓按MgZn2>Al2 Cu>Al2 CuMg顺序递减;Al2 Cu具有很高的弹性模量,同时具有一定的塑性,可以作为合金的强化相;Al2 CuMg是典型的脆性相,并表现出明显的各向异性,容易诱导产生裂纹;MgZn2具有良好的塑性,同时熔点较低,是合金的主要强化相;3相中均存在离子键的相互作用,提高了结构稳定性;通过适当降低Cu,Mg含量,提高Zn的含量,有利于生成MgZn2相,进一步提高合金的综合性能。     

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。     

Zn-Al-Si钎料钎焊铜/铝接头显微组织及性能研究

采用Zn-14.1Al-0.9Si和Zn-21.5Al-1.5Si两种钎料钎焊获得铜/铝接头,研究了Cu/Zn-Al-Si/Al接头Cu母材/钎缝界面结构、钎缝中心区显微组织、接头抗剪切性能和断口形貌.研究发现,Cu/Zn-14.1Al-0.9Si/Al接头和Cu/Zn-21.5Al-1.5Si/Al接头界面结构均为Cu/扩散层/Al4.2Cu3.2Zn0.7,其中Al4.2Cu3.2Zn0.7化合物层厚度分别为1～2 μm和3～4μm.2种铜/铝接头钎缝中心区均由α-Al固溶体,η-Zn固溶体,Zn-Al共晶和Si单质组成,未发现脆性CuAl2化合物.由于具有较薄的界面化合物层,在剪切力作用下,Cu/Zn-14.1Al-0.9Si/Al接头断裂一部分起源于Al4.2Cu3.2Zn0.7化合物层,另部分起源于界面扩散层,而Cu/Zn-21.5Al-1.5Si/Al接头断裂均起源于较厚的Al4.2Cu3.2Zn0.7化合物层.因此,Cu/Zn-14.1Al-0.9Si/Al接头的抗剪切强度高于Cu/Zn-21.5Al-1.5Si/Al接头,分别为60.1MPa和55.6MPa.     

Mg—Li合金的过去,现在与将来

论述了国外Mg－Li合金研究的历史和现状，着重介绍了Mg－Li三元合金（Mg－Li-Al系、Mg－Li-Zn系、Mg－Li-Ag系等其他三元系）、四元以上合金等几个重要体系，并提出了Mg－Li合金发展的方向。     

喷射沉积制备Al-Zn-Mg-Cu合金大型坯组织性能的研究

利用Ospray公司的喷射沉积设备制备了Al11.3Zn2.4Mg1.1Cu合金,合金挤压成棒材后,经过固溶和时效处理,用万能材料实验机对其进行了力学性能测试,合金的抗拉强度为849 MPa、屈服强度为796 MPa,延伸率为3.3%.透射电镜和扫描电镜对拉伸试样微观组织的研究结果表明,合金微观组织中包括微米级晶粒和纳米级晶粒,合金的强化方式为纳米晶强化、固溶强化以及沉淀强化,拉伸试样的断口分析表明,合金的断裂方式主要为沿晶断裂.     

低频电磁铸造超高强高韧铝合金元素晶内固溶度和力学性能研究

采用电磁细晶铸造技术,降低其频率,半连续铸造一种新的超高强高韧铝合金(10Zn-2.5Mg-2.5Cu-0.15Zr-余量Al),考察了低频电磁铸造与常规DC铸造组织、元素晶内固溶度和力学性能的区别,重点考察了电磁场频率和安匝数对铸锭元素晶内固溶度和力学性能的影响规律。结果表明,相对常规DC铸造,低频电磁铸造组织细小均匀等轴,合金元素Zn,Mg和Cu在晶内的固溶度增加,铸态维氏硬度、延伸率和拉伸强度增加。频率为15～25Hz和安匝数12800～16000AT时,合金元素Zn,Mg和Cu在晶内的固溶度最高,锭坯维氏硬度、延伸率和拉伸强度最大。其12mm的挤压棒材热处理后的拉伸强度极限为780MPa,延伸率大于8%。     

定向凝固时热溶质对流对Al/AlLi共晶生长形态稳定性的影响

在垂直向上定向凝固条件下,研究了热溶质对流对二元亚共晶 Al-Li合金 Al/ Al Li共晶生长形态稳定性的影响。结果表明,晶体生长初期,热溶质对流较微弱,对界面形态稳定性无明显的影响,晶体以完全的Al/ Al Li共晶方式生长。当热溶质对流较强烈时,对界面形态稳定性产生严重的影响。平面界面失稳破开时,单相胞状晶领先生长。在单相胞状晶之间以 Al/ Al Li共晶方式生长。获得了二元亚共晶 Al-Li合金共晶的稳定性生长条件。     

纯镁和镁锂合金在中性3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为

采用电化学方法研究了纯Mg和Mg-Li合金在中性3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为,采用扫描电镜观察了腐蚀后的表面形貌,利用XRD测试了腐蚀前后纯Mg和Mg-Li合金表面的组成成分,并用失重法测试了腐蚀速率。结果表明:腐蚀初期,纯Mg的腐蚀电流小于Mg-Li合金,纯Mg的腐蚀电位高于Mg-Li合金,纯Mg的电化学反应电阻大于Mg-Li合金。经过24h腐蚀后,纯Mg的腐蚀速率大于Mg-Li合金,且两者腐蚀形貌不同,纯Mg的腐蚀坑大而深,蚀坑数量少;Mg-Li合金的腐蚀坑小而浅,蚀坑数量多并且表面变黑。纯Mg的腐蚀产物主要为Mg(OH)2,Mg-Li合金的腐蚀产物主要为Mg(OH)2,LiOH,MgLi,Mg3Li7,Al2O3。     

Al-Li-Mg-Si合金时效行为及力学性能的研究

研究了加入1. ７％ Ｌｉ对Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ合金的时效析出行为及拉伸性能的影响,用Ｌｉ－ｖ 模型阐述了Ｌｉ使Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ合金时效下行为发生转变的机制：Ｌｉ与空位优先结合,抑制了位错环的形成及Ｓｉ, Ｍｇ 原子的扩散和聚集,从而推迟和限制了Ｇ．Ｐ．区的形成,因此, Ａｌ－Ｌｉ－Ｍｇ－Ｓｉ合金中δ'相是主要强化相,Ｍｇ２Ｓｉ相只有经长时间的人工时效才能在基体中均匀析出。探讨了形变时效对Ａｌ－Ｌｉ－Ｍｇ－Ｓｉ合金组织和性能的影响,结果表明,时效前的预变形显著提高了Ａｌ－Ｌｉ－Ｍｇ－Ｓｉ合金的时效硬化速率和峰值强度,同样变形６０％ 的Ａｌ－Ｌｉ－Ｍｇ－Ｓｉ合金与不含Ｌｉ的合金相比,具有相近的强度和延伸率,但前者具有较低的密度和较高的弹性模量,因此,Ａｌ－Ｌｉ－Ｍｇ－Ｓｉ合金表现出良好的应用前景。     

Mg-4．9Zn-0．9Y-0．7Zr合金板材组织及力学性能的研究

利用铸锭冶金的方法制备了Mg-4.9Zn-0.9Y-0.7Zr合金及对比合金Mg-4.9Zn-0.7Zr,研究了Y元素的添加对合金组织性能的影响.通过XRD对合金进行了物相分析,运用SEM观察了元素Y对合金铸态组织的影响,通过EDAX,TEM技术对第二相化学成分及形貌进行了分析.研究结果表明:Y是Mg-Zn-Zr镁合金强韧化的有效元素,Y的加入使得合金中生成大量Mg3Zn6Y相.在热轧过程中,Mg3Zn6Y相被破碎成大量弥散细小的质点,这些小质点严重阻碍了位错,从而提高了合金在室温下的抗拉强度及屈服强度,同时合金仍然保持着良好的塑性.     

快速凝固Al－Li－Mg－Cu－Zr合金粉末除气过程中的表面反应

研究了未除气及３５０℃／２ｈ,４５０℃／２ｈ,５００℃／２ｈ除气快速凝固（ＲＳ）Ａｌ－Ｌｉ－Ｍｇ－Ｃｕ－Ｚｒ合金粉末表面结构及氧化层厚度和组成,探讨了除气过程中粉末表面的化学反应。结果表明,通常不含Ｌｉ的铝合金粉末除气工艺对ＲＳＡｌ－Ｌｉ合金的效果不明显。     

Ca对Mg-5Al-8Zn-xCa镁合金显微组织与力学性能的影响

采用重力铸造法制备了Mg-5Al-8Zn-x Ca(x=0,1.75,2.0,2.25,2.5,2.75,3.0,wt%)合金。使用XRD、OM和SEM等研究了Ca含量对合金组织与力学性能的影响。结果表明:铸态Mg-5Al-8Zn-x Ca合金主要由α-Mg基体、β-Mg17Al12相、Mg32(Al,Zn)49相及MgZn2相和Al2Ca相组成。当Ca含量从1.75wt%增加到2.75wt%时,基体晶粒显著细化,β-Mg17Al12相由粗大的连续网状转变为细小的断续网状分布于晶界上,层片状Al2Ca相也显著细化,此时合金的拉伸强度达到最大值138 MPa,较未加Ca时提高了27.8%;Ca含量继续增加至3.0wt%,晶粒又发生粗化,合金拉伸强度发生下降;拉伸断裂形式均为准解理脆性断裂。     

Sc和Zr复合微合金化在Al—Mg合金中的存在形式与作用

研究了微量Sc和Zr复合合金化对Al Mg合金显微组织与拉伸性能的影响。结果表明 :Sc和Zr复合微合金化可显著提高Al Mg合金的强度。Al Mg Sc Zr合金凝固过程中形成的初生Al3 (Sc ,Zr)复合粒子具有极强的晶粒细化作用 ,次生Al3 (Sc,Zr)质点与Al Mg Sc合金中次生Al3 Sc质点相比析出密度大大增加、分布更加均匀弥散、抑制再结晶的能力更为强烈。Sc和Zr复合微合金化大大促进了微量Sc在Al Mg合金中的强化作用。由于Zr的价格比Sc便宜很多 ,采用Sc和Zr复合微合金化可减少铝合金中Sc的加入量 ,从而降低合金的成本。     

铝合金与橡胶软油箱抗老化涂层接触腐蚀机理研究

通过对7A04-T6包铝合金及去包铝合金与三种橡胶抗老化涂层材料在高温、高湿环境中的接触腐蚀产物SEM形貌分析及EDS成分分析,表明铝合金与橡胶抗老化涂层接触腐蚀形貌特征为点蚀,腐蚀严重时试样表面局部或全部被大量腐蚀产物所覆盖,腐蚀产物的主要元素为Al,C,O,Mg,Zn,Cl,Si,S.提出了铝合金与橡胶抗老化涂层"接触-扩散-吸附/沉积物层与电解质薄液膜层形成/腐蚀闭塞区形成/阴离子加速自催化腐蚀/点蚀-晶间腐蚀-剥落腐蚀"的接触腐蚀过程及机理.     

少量Cu对喷射沉积Al-Li合金显微组织与性能的影响

用喷射沉积方法制备了Al-Li合金及其含0.5%Cu的改型合金,进行了挤压和时效处理,测定了不同状态下这两种合金的显微组织和室温拉伸性能。结果表明,喷射沉积状态的Al-3.8Li-1.0Mg-0.4Ge-0.2Zr合金具有等轴细晶组织,析出Al4Li9和δ AlLi相,时效后析出大量δ' AlLi相;添加0.5%Cu使屈服强度提高30～48MPa,拉伸强度提高44MPa,性能提高的原因是Cu的固溶强化和Li在基体固溶度减少导致δ'相含量增加。     

RE及Al5TiB对ZA84镁合金阻尼性能的影响

研究了变质剂RE及Al5TiB对Mg-8Zn-4Al-0．3Mn（ZA84）镁合金阻尼性能的影响。研究表明，RE的加入降低了合金在低温（〈80℃）时的阻尼性能，但明显提高了合金在高温（≥80℃）时的阻尼性能；而Al5TiB的加入则同时提高了合金室温及高温阻尼性能。经Al5TiB变质的合金在室温时即表现出了Q^-1=0．01的高阻尼。由于高温下合金中相的软化及界面的粘性滑动，ZA84镁合金在高温时存在一个温度内耗峰，加入RE后推迟了合金中温度内耗峰的出现温度。分析认为，加入RE及Al5TiB后合金的阻尼机制主要是位错机制和界面机制。可动位错密度越高，晶粒越细，晶界和相界面越多，阻尼性能越好。