超高温NiAl合金锥形薄壳件制备成形一体化新工艺

针对NiAl合金板坯制备及板坯成形锥形薄壳件存在的材料流动及组织性能控制困难的问题,提出了一种制备成形一体化新工艺。该工艺是将塑性成形和反应合成在同一工步中,即先将Ni/Al叠层箔置于模具中进行塑性成形,随后对成形的Ni/Al叠层箔原位加热加压反应合成NiAl合金薄壳件。采用三维扫描仪及Geomagic Studio/Qualify对锥形薄壳件的形状精度进行了分析,采用扫描电子显微镜( Scanning Electron Microscope, SEM )和电子背散射衍射( Electron Backscatter Diffraction, EBSD )技术对其微观组织进行了表征,并对构件的高温力学性能进行了测试。结果表明,采用该新工艺制备的锥形薄壳件成形效果良好,整体型面偏差尺寸在±0.1 mm以内;构件沿轴截面壁厚平均偏差为0.012 mm,沿横截面壁厚平均偏差为0.072 mm,构件轴截面壁厚分布均匀性及组织成分均匀性高于横截面。构件高温力学性能稳定,1000 °C时平均屈服强度为77.8 MPa,平均抗拉强度为82.6 MPa。NiAl合金构件的微观晶粒形貌与Ni箔的初始热处理状态及Ni/Al箔的初始厚度有关,未退火的Ni箔将延缓粗晶区晶粒的长大,减小初始箔材厚度可实现晶粒的进一步细化。     

一种高W、Mo含量Ni3Al基合金的高温氧化行为

研究了一种高W、Mo的Ni3Al基合金的1050℃静态抗氧化行为,并采用扫描电镜对不同时间氧化后合金的氧化层形貌进行分析,利用X射线衍射仪分析氧化产物的种类和数量,氧化动力学研究表明,合金的氧化动力学曲线不遵循抛物线规律,以W代Mo,能一定程度上改善高Mo的Ni3Al基合金的1050℃抗氧化性能.1050℃/100h静态氧化产物主要为NiO,NiAl2O4和NiWO4,外层氧化镍与内氧化层之间为结合薄弱区,仅氧化1h后,在冷却过程中,该区域就产生大面积开裂,致使外氧化层脱离.随氧化时间增长,合金/氧化层界面的NiAl2O4/Al2O3阻挡层逐步形成,在氧化100h时基本连续,有效降低了合金的氧化速率.     

防护涂层对Ni3Al基合金IC6AE微观组织和抗腐蚀性能的影响

采用料浆法和粉末包埋渗法在Ni3Al基等轴晶合金IC6AE上分别制备了Al-Si和NiCr-CrAl涂层,并对Al-Si和NiCr-CrAl涂层及不加涂层的IC6AE合金三种试样进行900℃/20h,40h,60h,80h,100h的涂盐(5wt%NaCl 95wt%Na2SO4)抗腐蚀性能试验.试验结果表明,与Al-Si涂层试样和无涂层IC6AE合金试样相比,NiCr-CrAl涂层试样表现出最好的抗热腐蚀性能;与无涂层的IC6AE合金试样相比,Al-Si涂层试样的抗腐蚀性没有明显的改善.微观结构分析表明,无涂层的IC6AE合金在900℃时经过几个小时后就遭到了严重的腐蚀破坏.涂盐腐蚀100h后,表面生成了一层主要由Mo,Ni的氧化物组成的多孔无保护性的疏松层.对于Al-Si涂层的试样,900℃/100h腐蚀后试样表面生成了大量Mo,Ni的氧化物,此外还有少量Al2O3及NiAl3相,这些相对样品有一定的保护作用.涂覆NiCr-CrAl涂层的样品经900℃/100h腐蚀后,试样表面主要生成了连续致密的Al2O3及NiAl2O4层,并有少量的Mo,Ni的氧化物,因此对合金有着较好的保护作用,抗腐蚀性能得到了显著改善.     

GH4199合金渗铝工艺研究

主要针对渗铝工艺中不同渗铝温度、保温时间对GH4199合金组织、性能影响进行试验,试验结果表明渗层组织由表及里分别为：表层主要为富铝的NiAl相,向内的过渡层和扩散层为富Cr相、碳化物、NiAl相和Ni3Al相等。渗层厚度的变化主要与温度和时间有关,同一渗铝温度下,随着渗铝时间的增加渗铝层深度增加;同一渗铝时间,随着渗铝温度的提高渗铝层深度增加。经渗铝处理后,室温拉伸强度提高,拉伸塑性降低。900℃拉伸强度降低,拉伸塑性提高;持久寿命稍降低,塑性提高。     

含Ni夹层SiCp/2014Al铝基复合材料扩散焊

利用中间添加Ni层,在610℃保温60min工艺成功实现了SiCp/2014Al铝基复合材料的真空扩散焊接.焊接之后利用金相显微镜(OP)、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)等对焊接接头进行分析.分析表明,Ni和Al之间相互扩散形成由金属间化合物构成的中间过渡层,主要由Ni3Al//NiAl//NiAl3组成.在理论上,计算出Ni和Al元素扩散浓度与焊接温度和保温时间之间的关系,以及元素的扩散距离与焊接参数之间的关系呈抛物线形变化.     

亚微米晶NiAl-Al2O3复合材料的制备及其烧结-锻造短流程成形

以Ni粉和Al粉为原料,通过机械合金化和真空热压烧结制备了高致密的NiAl-5％Al2O3(体积分数,下同)复合材料,并利用烧结-锻造技术制成了该材料的前缘模拟件.机械球磨后,粉末颗粒充分细化,Ni和Al发生原位反应,并最终生成NiAl-5％Al2O3复合材料粉末.经1300℃真空热压烧结,获得致密的NiAl-Al2O...     

铝合金搅拌摩擦加工原位反应生成物颗粒增强机制

在1100-H14铝合金基体表面开凹槽添加Ni粉进行搅拌摩擦加工(Friction Stir Processing,FSP),利用Ni粉在搅拌过程中的碎化及其与基体的原位反应生成的高强、高硬的金属间化合物制备强化的表面复合层。结果表明,不同于添加陶瓷颗粒的FSP工艺,Ni颗粒能在搅拌过程中充分碎化,并与铝基体原位合成金属间化合物,原位自生的增强体颗粒与基体是以金属键合的方式结合在一起,因此与基体金属间具有良好的界面相容性和界面结构,能够很大程度上改善颗粒的强化效果。增强颗粒与基体结合界面的性质对复合层硬度的影响非常显著,为了提高复合层硬度,提出了通过原位反应获得颗粒/基体的高强界面的模型。     

快速凝固Al-Ni-Cu-Nd金属玻璃的晶化行为及Al基纳米晶／非晶复合材料的结构特征研究

采用熔体旋甩法制备了快速凝固Al87Ni7Cu3Nd3金属玻璃薄带,并以连续加热和等温加热两种模式对非晶态薄带进行退火处理。采用差示扫描量热分析、X 射线衍射分析和高分辨率电镜分析等手段研究了非晶态薄带的晶化过程,对非晶态和退火态薄带的微观结构进行了细致检测,研究重点放在形成α Al纳米晶体颗粒的初始晶化行为,以便了解Al基纳米晶/非晶复合材料的结构特征。结果表明,快速凝固Al87Ni7Cu3Nd3合金薄带为单一的非晶态结构。非晶态薄带的晶化过程包括两个主要转变:α Al晶体从非晶基体中析出的初始晶化以及有Al3Ni,Al11Nd3和Al8Cu3Nd形成的第二次晶化过程。初始晶化的速率控制过程可能是铝自扩散,而第二次晶化过程则受控于溶质原子Ni,Nd和Cu的扩散。90～160℃等温退火薄带由α Al晶体相加残余非晶相的两相组织构成,随着等温温度的提高,初始晶化过程速率增大,而随着退火时间的延长,α Al晶体相的相对含量增大。110℃等温热暴露130min退火薄带的显微组织可以描述为,在非晶基体上均匀弥散分布着体积分数约20%的α Al晶体纳米(10nm)颗粒。     

γ-TiAl金属间化合物合金激光表面合金化组织与摩擦学性能

分别利用预涂活性碳粉和 Ti C粉 2种方法对γ-Ti Al基合金 Ti-4 8Al-2 Cr-2 Nb进行激光表面合金化,制得了无裂纹、表面光滑、内部组织致密、厚度可达 1.6mm以上的、以硬质 Ti C树枝晶为增强相的快速凝固“原位”金属基耐磨复合材料表面改性层,分别采用 OM,SEM,EDS,XRD等方法分析了激光合金化耐磨表面改性层的显微组织,分别在销 -环滑动磨损、Si C纤维刷式高速滑动磨损及微动磨损条件下评价了激光表面改性层的摩擦学性能。结果表明 :采用上述 2种方法所获激光表面合金层组织均匀、与基体间结合为完全冶金结合,合金层硬度及在 3种磨损条件下的耐磨性均大幅度提高。激光表面合金化是提高γ-Ti Al合金摩擦性能的一种很有前途的表面改性方法     

某型航空发动机涡轮叶片叶冠接触面钎焊用耐磨块的研究及其应用

针对某型发动机涡轮叶片叶冠接触面钎焊修理需要,以Ni3Al金属间化合物为基制备了一种新型高温耐磨材料,并对其微观组织、力学性能、耐热性能、高温硬度、高温微动磨损性能以及钎焊工艺性等进行了对比研究和考核验证。结果表明,该Ni3Al合金耐磨材料主要性能与ВКНА-2M基本相当或略优,国产Ni3Al合金耐磨材料可以替代进口件使用。     

两种模具材料对热等静压TC4 显微组织的影响

研究了A3钢和GH1131高温合金两种材料作为模具对TC4钛合金HIP组织的影响。结果表明在HIP过程中,A3钢模具对有效应力传递的阻碍作用较大,设计HIP用A3钢模具时应避免深型腔结构,GH1131模具对有效应力传递的影响较小。受元素互扩散的影响,两种模具材料在HIP过程中均污染了TC4材料表面,A3钢模具对合金的影响层较薄,但使材料形成了波浪形的粗糙表面;GH1131对成形材料的影响层厚度>100μm。为了获得高精度的无污染表面,TC4合金HIP净成形时两种模具均需要进行表面处理,形成与TC4兼容的保护层。     

Al/Ni含能多层膜在Al2O3陶瓷/不锈钢焊接中的应用

采用磁控溅射设备,生长AuSn合金做焊料层、Al/Ni含能多层膜做热量提供层,实现了不锈钢和Al_2O_3间的异质材料自蔓延高温扩散焊。利用SEM、XRD和DSC等测试手段表征AuSn合金和Al/Ni含能多层膜的微观形貌、相成分和放热量;用万能试验机测试焊接接头的力学性能。结果表明,AuSn合金的质量比基本达到80∶20,而多层膜的层状结构清晰,反应热达到1 239 J/g。焊接实验结果表明,仅使用AuSn焊料时,剪切强度仅为46 MPa,在增加Al/Ni含能多层膜后,其剪切强度可达90 MPa,强度提高了约一倍。焊接接头的界面显微形貌和相结构研究表明,剪切强度的增强主要是Al/Ni多层膜提供了额外能量使得界面处的反应剧烈,陶瓷金属化层与中间层的反应加剧,形成了新的反应生成物。     

Al–Mg–Si合金电弧熔丝增材构件组织与性能

以复合超高频脉冲方波变极性钨极氩弧(HPVP–GTAW)为热源,Al–5Mg(ER5087)和Al–5Si(ER4043两种焊丝为填丝材料进行铝合金电弧熔丝增材制造,通过控制两焊丝的送丝速度获得不同主要合金元素Mg和Si含量的Al–Mg–Si合金薄壁构件,试验研究不同Mg/Si比及热处理对薄壁构件组织及性能的影响。结果表明:合金组织主要由柱状晶及少量等轴晶组成,呈非均匀分布。调节主要合金元素含量可实现对铝合金增材构件性能的控制,随着Mg/Si比的增加,增材构件的力学性能呈上升趋势,各向同性;经过固溶及人工时效热处理后,增材构件的力学性能得到显著提升,但塑性降低。     

粉末耐热钛合金组织性能及成形技术

采用热等静压技术及旋转电极粉,采用预合金粉粉末冶金工艺开展了粉末耐热钛合金TC11(Ti-6.5AJ-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si)制备技术研究,研制出了全致密粉末TC11合金,通过热处理工艺研究优化粉末TC11材料的组织和性能.利用光学显微镜,对其组织进行了分析,用SEM观察了旋转电极粉末形貌,对室温及高温(550℃)拉伸性能及弹性模量等进行了测试分析.粉末TC11合金的组织和性能与同批次TC11锻棒材料进行了对比研究.利用特殊模具成形,开展了粉末TC11构件近净成形技术的研究,实现了整体大尺寸、带网格加强筋的薄壁粉末TC11合金航天飞行器舱体件近净成形,且未检测出内部缺陷.研究结果表明,粉末TC11合金具有与锻造材料相当的拉伸性能,而弹性模量更优,其金相组织均匀细致,形成了网篮组织,并有围绕其分布的等轴α.粉末TC11合金及合适的近净成形技术可在高性价比、高可靠性的轻质耐热航天飞行器构件制备中得到应用.     

材料对激光多层涂覆定向凝固显微组织的影响

利用316L不锈钢和Ni35两种合金粉末在定向凝固镍基高温合金基材上进行激光多层涂覆实验,并对涂层内部的凝固显微组织形成机理进行研究。结果表明在本文的实验条件下,利用316L不锈钢材料可以得到晶体取向良好的定向凝固涂覆层。而对于本身容易形成等轴晶的Ni35自熔合金,尽管实验在定向凝固的基材上进行,涂层中的凝固显微组织仍趋向于等轴晶形态。     

铝铜铁准晶抗高温氧化行为的研究

利用真空非自耗电弧炉制备了 Al6 2 .5Cu2 5Fe1 2 .5合金。采用 X射线 ,扫描电镜及热重方法对Al-Cu-Fe准晶的结构及恒温氧化行为进行了分析。研究结果表明 :Al-Cu-Fe准晶具有优良的抗氧化性。原因是氧化使铝元素向准晶表面扩散并富集 ,形成一层薄而致密的 Al2 O3氧化膜 ,从而延缓了氧化速度。在 80 0℃下 ,Al6 2 .5Cu2 5Fe1 2 .5准晶的氧化动力学符合抛物线规律。首次原位观察了 Al-Cu-Fe准晶在等温氧化过程中形貌变化 ,发现在 70 0℃和 80 0℃氧化时 Al-Cu-Fe准晶表面具有明显不同。通过等温氧化增重实验定量比较了 Al6 2 .5Cu2 5Fe1 2 .5准晶粉末与其它 Al-Cu-Fe系晶体合金的抗氧化性能 ,结果表明 Al-Cu-Fe准晶相抗氧化性能最好 ,说明准晶结构对其氧化行为具有重要影响     

ZL201合金半固态铸造与挤压成形显微组织

采用近液相线铸造的方法制备出ZL201合金半固态锭坯,并对其进行了触变挤压成形,利用金相显微镜观察r其组织变化,并与常规铸造ZL201合金的组织与挤压成形件的组织进行了对比分析.研究结果表明:(1)半固态合金挤压后组织更细小均匀,消除了宏观偏析、晶内疏松等问题,有利于性能的提高.(2)半固态挤压组织更细小均匀的主要原因是在挤压过程中晶粒的变形量、畸变区域很大,故在动态再结晶的过程中,半固态合金转变的体积分数大于常规铸造合金,所以半同态合金挤压件组织更加细小均匀.     

Ti和Ti／Ni／Ti连接钨与铜及其合金的界面结合机制与接头强度

采用热 力学模拟试验机Gleeble1500D作加热设备,用Ti片和Ti箔 Ni片 Ti箔复合中间层扩散连接钨与铜及铜合金CuCrZr。结果表明,当用Ti片连接钨与铜,连接温度下Ti与Cu反应但未转化成液相时,则反应层由具有一定脆性的多层化合物组成,接头强度偏低;当Ti片通过共晶反应转化成液相且大部分液相被挤出连接区时,接头强度显著提高,最高达220MPa。用Ti Ni Ti复合中间层连接钨与CuCrZr时,结合界面是通过Ti分别与Ni、W及Cu相互扩散并反应生成多层化合物和固溶体而形成的;与Ti片连接钨与铜的接头形成相似,连接过程中Ti箔未转化成液相时接头强度偏低,Ti箔转化成液相时接头强度明显提高。     

CFRP/Ti叠层构件螺旋铣孔层间孔径偏差研究

螺旋铣孔是航空航天领域装配孔加工的一种新型加工工艺,与传统钻孔工艺相比,具有加工质量好、制孔效率高、刀具成本低等优势。在进行碳纤维复合材料（CFRP）/钛合金（Ti）叠层构件螺旋铣孔时,由于两种材料特性差异巨大,易导致层间出现孔径偏差,影响制孔精度,成为螺旋铣孔技术应用过程中亟须解决的关键问题。基于便携式螺旋铣孔单元搭建了试验装置,开展了CFRP/Ti叠层构件螺旋铣孔工艺试验,分析了CFRP/Ti叠层构件螺旋铣孔层间孔径偏差的形成原因,提出了通过改变螺旋铣孔工艺参数和铣削方式减小CFRP/Ti叠层构件层间孔径偏差的工艺方法,并进行了试验验证。结果表明,变工艺参数加工可使层间孔径偏差有效降低,不超过0.02 mm。     

快速凝固Al-Fe-MRE高温铝合金的研究

 研究快速凝固铝铁混合稀土高温铝合金的粉末制备及性能、粉末合金热成形、粉末合金的组织及性能的关系等。用氩气及氦气超音速雾化制得粉末获得的冷却速度为 5× 1 0 3～ 7× 1 0 6 K/s。用金相及扫描电镜观察粉末颗粒的形貌呈球形 ,粉末尺寸越小 ,组织越细。通过对挤压成形的Al-Fe-MRE粉末合金的室温、高温及热暴露试验 ,得到其力学性能及影响性能的因素