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。     

55%Al-Zn合金镀层耐蚀性的研究

55％Al-Zn镀层腐蚀机理的解释主要集中在两方面。一是从镀层的组织分析上加以说明,另一就是从腐蚀产物的组成、形态上加以阐述。但是都有各自的不足之处。Townsend等人从55％Al-Zn镀层的结构解释了耐蚀机理,即β-富Zn相优先溶解,剩下α-富Al相。按这种观点推理,应该合金中Al含量越高耐蚀性能越好。事实上筛选工作证明,含Al在20％～35％之间合金耐蚀性能明显下降,其次5％Al-Zn镀层为什么具有较低的腐蚀速度。     

Li对Al-Zn-Mg-Cu系合金时效早期原子聚集行为的影响

针对Al Zn Mg Cu Li合金时效早期出现的硬度快速上升现象,用L J势函数计算了该合金各种原子间、原子与空位间的相互作用势。结果表明:在Al Zn Mg Cu合金中,以Mg/v聚集为主,还有Zn/v,Cu/v,Zn/Mg的复合聚集;加入较高量的Li以后,则以Li/v聚集为主,几乎没有Zn/Mg聚集形式。     

熔体混合对Al-5％Fe合金组织的影响

为细化Al-5%Fe合金中的初生Al3Fe相,研究了高、低温熔体混合工艺对合金组织的影响。实验结果表明,高低温熔体混合处理工艺能在较大程度上改善Al3Fe相的形貌和尺寸:未经熔体混合工艺处理的合金组织主要为粗大的长针状Al3Fe相,组织分布稀疏且不均,熔体混合处理后,粗大的针状相转变为小针状和颗粒状,组织分布的均匀性和致密性大大提高。研究结果还发现,熔体混合工艺存在一个最佳的高温熔体温度,过高的高温熔体温度反而导致组织粗大。经X衍射物相分析发现,熔体处理前后的物相并没有发生变化,仍为-αAl和Al3Fe相。研究认为,熔体混合细化组织的主要原因一是提高了形核率,二是抑制了Al3Fe相沿择优取向的生长。     

高Cr铸造镍基高温合金K4648与陶瓷型芯的界面反应研究

采用金相显微镜、扫描电镜及能谱、电子探针和X射线衍射对高Cr铸造镍基高温合金K4648等轴晶和定向凝固铸件的合金/陶瓷型芯界面反应进行了系统研究,获得反应时间与反应量关系的界面反应动力学曲线、不同反应时间的反应界面形貌及产物的种类。结果表明:高Cr铸造镍基高温合金K4648与铝基型芯不易发生反应,而与硅基陶瓷型芯发生剧烈的界面反应,反应产生金属瘤状凸起物,造成铸件内腔破坏。此外,白色的硅基型芯内部变成黑色,黑色反应区内含有一定量的Cr,Al,Ti元素。在反应的中、后期型芯黑色反应区内还存在着灰色区,该区的Cr,Al,Ti含量远高于黑色反应区。高Cr铸造镍基高温合金K4648合金与硅基陶瓷型芯反应分为:(1)富Cr,Al,Ti熔体向型芯内的渗入阶段;(2)富Cr,Al,Ti熔体与陶瓷型芯SiO2基体的反应;(3)富Cr,Al,Ti的熔体与型芯中Zr-SiO4颗粒反应三个阶段。反应过程中型芯存在局部液化现象。K4648合金/硅基陶瓷型界面反应产物主要为层状或树枝状Al2O3,块状Cr3Si金属间化合物、ZrO2,富Cr,Zr,Al,Ti的复合氧化物、共晶形态的富Cr,Si,Al,Ti的复合氧化物、块状或树枝状的富Ti,Al,Zr,Cr复合氧化物。反应产物中的Cr,Al,Ti元素来自合金熔体而Zr,Si,O来自陶瓷型芯。     

DZ22B高温合金定向叶片粘砂形成机制与抑制措施

采用SEM、EDS等分析手段研究DZ22B合金定向叶片粘砂层的微观形貌与化学组成。结果表明:合金熔体渗入型壳面层孔隙中,包覆部分陶瓷颗粒形成金属-陶瓷状粘砂缺陷;粘砂层主要成分为Al2O3,并含有Cr2O3和HfO2这两种合金熔体与电熔刚玉陶瓷型壳的高温界面反应产物;DZ22B合金定向叶片表面粘砂缺陷的形成机制是以热机械渗透粘砂机制为主;向型壳面层浆料中加入一定量的粘砂抑制剂,可显著改善电熔刚玉型壳面层抗合金熔体渗透性能,经浇注验证,叶片表面光洁无粘砂,呈现出明显的金属光泽。     

Al合金与复合材料LID连接接头微观结构分析

通过SiC颗粒增强Al基复合材料与Al合金的液相界面扩散 (LID)连接试验 ,重点研究了连接接头区域的微观组织 ,并简要分析了接头中各元素的浓度分布情况。结果表明 ,LID连接Al基复合材料和Al合金形成的界面明显向Al合金一侧偏移 ,并且溶质原子在界面两侧分布存在明显的不对称现象。研究结果为异种材料的连接提供了重要的科学依据     

A1合金与复合材料LID连接接头微观结构分析

通过SiC颗粒增强Al基复合材料与Al合金的液相界面扩散（LID)连接试验，重点研究了连接接头区域的微观组织，并简要分析了接头中各元素的浓度分布情况。结果表明，LID连接Al基复合材料和Al合金形成的界面明显向Al合金一侧偏移，并且溶质原子在界面两侧分布在明显的不对称现象。研究结果为异种材料的连接提供了重要的科学依据。     

Y-La添加对镍基单晶高温合金界面反应及循环氧化行为的影响

在第二代镍基单晶高温合金中复合添加Y-La,经定向凝固后得到5.26×10–4%(质量分数)Y+6.05×10–4%La和47.64×10–4%Y+69.09×10–4%La的两种Y-La含量合金铸件,研究Y-La对合金定向凝固过程中合金熔体与Al2O3基陶瓷间的界面反应行为以及合金在1100℃下循环氧化时抗氧化性能的影响。采用扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪等研究合金熔体与陶瓷材料间的界面组织形貌及界面反应产物成分以及循环氧化后合金表面氧化物的组织形貌、元素组成和相关物相。结果表明:Y-La含量增加会促进合金熔体与陶瓷间的界面反应,使得界面反应层更厚,更复杂;反应产物主要是含Y、La的氧化物;Y-La添加明显提高了合金的抗氧化性能,减少合金表面氧化膜的剥落;但Y-La过量会恶化合金的抗氧化性能,加快合金的氧化增重速率;合金表面氧化膜剥落痕迹明显,孔洞较多且内氧化严重。     

Ni-Al—Ta／Mo合金的层错能及影响因素

采用置换原子的热力学模型,计算了Ni-Al-Ta/Mo合金的层错能.分析了Ni-Al-Ta/Mo合金中各元素浓度及温度对层错能的影响.结果表明:Ni-Al-Ta/Mo合金的层错能随Al含量的增加而明显降低,其中,随Al浓度提高,合金中原子偏聚自由能(ΔGγ→εs)降低,可促进γ′有序相的形成是使合金层错能降低的主要原因.随Mo/Ta含量的提高,可引起置换原子自由能(ΔGγ→εb)降低,原子偏聚自由能(ΔGγ→εb)升高;随温度提高,Ni-Al-Ta/Mo合金中的置换原子自由能(ΔGγ→εb)增加,表明合金中发生原子置换需要外部供给能量,而引起原子偏聚自由能(ΔGγ→εs)升高,表明高温不利于溶质原子的偏聚.     

铸造压强对Mg-6Zn-1Al-0.5Mn-0.5Ca合金的组织和性能影响

利用XRD衍射仪、扫描电镜、透射电镜和拉伸测试研究挤压铸造压强对Mg-6Zn-1Al-0.5Mn-0.5Ca合金组织和性能的影响。结果表明:挤压铸造合金的相由α-Mg,τ(Mg32(Al,Zn)49)和少量的Al8Mn5相组成,压强变化并不改变第二相的组成;提高挤压铸造压强,合金铸态组织中第二相数量增加,尺寸减小且弥散分布;合金元素分布更均匀,尤其是添加的微量Mn,Ca,有效减轻了合金的枝晶偏析程度;随着挤压铸造压强的增加,合金的强度和塑性也随之提高;压强由0 MPa增加到100 MPa,合金的抗拉强度、屈服强度、伸长率和硬度分别提高了27%,14%,31%和9%;合金的力学性能提高主要是因为随着挤压铸造压强的增加,原子扩散激活能和晶体长大速率下降,冷却速率提高,使得第二相细化且数量增加。     

TiC/Al复合材料在锌液中均匀化机理分析

采用自蔓延高温合成（SHS）法制备高TiC颗粒含量的TiC／Al复合材料。利用自制的实验装置研究复合材料中TiC颗粒在静止锌液中的均匀化过程。结果表明：当锌液温度低于铝的熔点时，TiC／Al复合材料置于锌液后，锌向其内部扩散，引起复合材料表层内液相线温度降低，当表层内Al-Zn合金的液相线温度等于或低于锌液温度时，Al-Zn合金便处于熔融状态，TiC颗粒随其一起从TiC／Al复合材料块上脱落，并不断地向锌液内部传输，最终均匀分布在锌液中；而当锌液温度高于铝熔点时，TiC／Al复合材料置入后，锌和铝同时进行扩散，但是当复合材料表面温度达到铝熔点时，铝开始熔化，铝的熔化导致TiC颗粒的脱落，脱落下来的TiC颗粒不断向锌液内部传输，最终均匀分布在锌液中。     

稀土元素Ce对NiAl金属间化合物结构及力学性能的影响

基于密度泛函理论的第一原理方法,使用VASP代码包计算分析稀土元素Ce对金属间化合物NiAl结构及力学性能的影响。结果表明:Ce原子在NiAl中优先占据Al位;Ce掺杂后引起NiAl晶胞畸变,晶格常数增大。通过电荷密度图和态密度图分析,Ce与邻近的Ni、Al原子发生相互作用并存在轨道杂化成键。计算弹性常数、弹性模量等物理量,结果表明,Ce使得NiAl的硬度降低,刚性变弱,利用Pugh判据分析得出Ce能够改善NiAl的韧性。随着Ce掺杂浓度的增加,NiAl晶格常数增大的幅度提高,NiAl的韧性越好,但其硬度和刚性降低的幅度也越大。     

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。     

Ni基超合金强化相的电子结构和层错能的计算

为了控制和调整合金中位错分解方式，最终达到控制蠕变机制和提高合金持久寿命的目的。应用实空间Recursion方法，计算了Ni3Al强化相中[111]层错的电子结构及加入微合金化元素Co的效应。建立了Ni3Al中沿[111]方向生长的晶体模型和产生层错后的晶体模型，给出了体元的电子态密度，费米能级和层错能。通过计算得到了以下结论：(1)在Ni3Al晶胞中Al对于总态密度的贡献在整个能量范围内较小，总态密度主要来自过渡金属Ni。(2)用Co原子代替Ni3Al中Al原子可以降低Ni3Al层错能。     

Ni含量对CuNiAl合金导电率及摩擦性能的影响

采用熔铸法制备CuNiAl合金,Cu含量为95wt%,Ni/Al原子比分别为1:3、1:2、1:1、2:1、3:1的CuNiAl合金。利用涡流电导仪和磨损试验机测量了不同状态合金的导电率。研究发现:CuNiAl合金随着Ni含量的逐渐增加,导电率减小,合金的黏着磨损减弱,磨粒磨损现象明显增加。     

压力对Ti-Al合金快速凝固过程影响的分子动力学模拟

利用Zope和Mishin提出的Ti-Al势函数形式,采用嵌入原子势描述原子间的相互作用,选取含25％Al原子的Ti-Al无序固溶体为研究对象,开展在两种给定降温速率和不同压力条件下Ti-Al合金快速凝固过程的分子动力学模拟.分析降温过程中体系平均原子能量、平均原子体积、径向分布函数和H-A键对比例的变化规律.从不同角度考察Ti-Al合金快速凝固形成晶态和非晶态合金的过程.研究压力对Ti-Al合金固溶体快速凝固过程及其产物的影响,结果表明:增大压力会减小平均原子体积,降低平均原子能量,同时提高晶化温度或玻璃转化温度.     

Zn粉和Al粉固相扩散形成共晶类组织的研究

在冷压制、热压制等不同工艺条件下制备出块状的Zn 5Al试样 ,得到了更细密的两相相间排列的准共晶组织。用OM ,SEM ,TEM和X射线衍射并结合能谱分析等方法研究了准共晶合金试样在各种实验条件和变形过程中的变化及其有关的界面作用。研究发现 ,原子沿晶界 (相界 )和自由表面的扩散过程在准共晶组织的形成过程中起到了关键性的作用     

铸造铝合金的晶粒细化与钛硼添加剂

对铝合金熔体中加Ti细化晶粒的4种方法进行了分析,提出钛硼添加剂可以替代传统的Al－Ti中间合金,成为铝合金中Ti元素的主要添加形式,并给出了在ZL201和ZL101A合金中使用钛硼添加剂的生产试验数据及熔化操作要点。     

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。