Al—Li合金的开发与应用

概述了世界各国Ａｌ－Ｌｉ合金的开发与应用现状、存在问题及途径。     

铝锂合金的内耗研究

研究了铝锂二元和五元合金的内耗。采用倒扭摆法,测定了不同热处理和时效状态的铝锂合金在升温和降温过程中的内耗和剪切模量。测量频率为0.3～5.0Hz。观测到了铝锂二元和五元合金中各自不同的内耗峰(即晶界内耗峰,Ke Peak)。实验表明,与纯铝和传统的铝合金相比,铝锂合金葛峰的峰高值比较低,并且对应葛峰的温度较低。根据晶界粘滞性滑动模型,上述实验结果可以归因于溶质原子Li及其沉淀相δ′(Al_3Li)和δ(AlLi)对晶界滑动的阻尼。本文对铝锂合金在不同热处理状态下的显微组织结构进行了透射电镜TEM观察。     

Al/Mg搅拌摩擦点焊–钎焊接头的微观组织与拉伸剪切性能研究

采用搅拌摩擦点焊–钎焊工艺进行2A14铝合金和AZ31镁合金的连接,使用扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)、能量色散谱(Energy dispersive spectroscopy,EDS)和X射线衍射仪(X–ray diffraction,XRD)研究不同参数下接头的微观组织、化学成分及物相组成,采用电子万能试验机对接头进行拉伸剪切性能测试。研究结果表明,搅拌区主要由Al–Mg系金属间化合物和少量MgZn相、MgZn₂相组成;热力影响区主要由富Zn固溶体和Mg₇Zn₃相组成;热影响区靠近铝合金处的锌钎料没有与其他元素发生反应,靠近镁合金处的锌钎料与镁元素发生反应,生成了Mg–Zn系金属间化合物。当轴肩下压量为0.5 mm,搅拌头旋转速度为950 r/min时,接头的拉伸剪切载荷达到最大值7.6 kN。     

放电等离子烧结制备石墨烯增强7075铝基复合材料的 显微组织与力学性能

通过放电等离子烧结(SPS)技术制备了不同石墨烯含量的7075铝合金基复合材料,测试了石墨烯含量对复合材料力学性能的影响。结果表明,铝基复合材料的硬度、压缩强度、屈服强度均随石墨烯的加入而增加,在石墨烯质量分数达到1.0%时获得最大值;石墨烯与金属之间的界面为纯净的冶金结合,石墨烯与金属原子之间为原子扩散连接;SPS烧结过程中未形成有害的Al_4C_3相;随着石墨烯含量的进一步增加(达到3.0%～5.0%),铝基复合材料的力学性能反而会随石墨烯的增加而不断恶化,石墨烯含量的持续增加会使石墨烯片层间的团聚愈发严重,这是复合材料力学性能不断恶化的主要原因。     

喷丸处理对铝锂合金激光焊接结构性能的影响

为解决铝锂合金焊后性能弱化问题,推进双激光束双侧同步焊接工艺在国产民用飞机壁板制造中的应用,研究了焊后喷丸、固溶时效热处理+喷丸处理两种共3组焊后强化工艺,通过静力拉伸、疲劳及表面应力状态测试分析,评估强化效果,探讨强化机制。结果显示:纯喷丸强化可显著提高疲劳性能,其中0.20mmN喷丸后细节额定疲劳强度截止值DFRcutoff较焊态提高27.8%,但静力拉伸性能与焊态相差不大;0.36mmN喷丸后DFRcutoff提高了118.5%,但抗拉性能明显下降;热处理+喷丸的组合强化工艺对静力拉伸及疲劳性能均有明显提升,抗拉强度较焊态提高32%,DFRcutoff较焊态提高21.9%,综合性能较好。     

固体推进剂铝团聚模型

综述了固体推进剂铝团聚研究进展,对现有研究中存在的局限性进行了讨论,并分析了未来团聚模型的趋势.铝团聚物理过程可抽象为堆积、聚集和团聚3个阶段.现有团聚模型可分为5类,分别是经验模型、口袋模型、物理模型、随机装填模型和凝相边界层模型.目前缺乏高精度、宽适用性的模型来准确预测铝的团聚过程.团聚模型未来发展的趋势应具备能够预测团聚物粒度分布和计算量小两大优势.由于能描述团聚过程的本质,物理模型具有很好的研究前景.开展了5MPa下含铝推进剂燃烧实验,采用高速显微拍摄技术获得推进剂燃面处铝颗粒的团聚直径,与Hermsen模型和Salita模型预测数据进行了比较,对于燃速分别为5.1mm/s和8.0mm/s的推进剂,Salita模型对于团聚直径的预示误差分别为8.7%和9.6%,而Hermsen模型对于高燃速推进剂的预示误差为19.2%.总体看来,Salita模型预示精度更为合理.      

脉冲电流辅助粉末夹层TLP连接SiC_p/Al接头微观组织和力学性能

研究脉冲电流辅助瞬间液相(Transient Liquid Phase,TLP)扩散连接技术,采用粉末中间层,利用低压高强脉冲电流通过铝基复合材料搭接面与中间层,从而实现对SiC_p/2024Al复合材料板材的TLP扩散连接。分析不同工艺参数下连接试样的微观组织和力学性能,探索脉冲电流对铝基复合材料连接的影响机理。结果表明:采用真空压强为1×10~(-3)Pa,平均电流密度115 A/mm~2,连接预紧压力为0.5 MPa,连接时间60 min条件下,连接接头形成了良好的冶金连接界面,无缺陷产生;通过对连接接头微观组织观察发现,在脉冲电流作用下,接头原位生成弥散的高强度高硬度金属间化合物增强相,有效地提高了接头的力学性能。     

Al—Si合金激光表面合金化的研究

采用ＣＯ２连续激光器对Ａｌ－Ｓｉ合金进行表面合金化处理。采用近代测试手段对表层的组织结构、相组成、合金化元素的分布及显微硬度进行测试和分析。结果表明，合金化元素和其它一些硬质相固溶到α－Ａｌ中，表面层的显微结构明显细化，显微硬度由基体的８０～９０提高到２５０～２８０。     

液氧/铝月球火箭发动机设计

本文对含铝(Al)33%的液氧(LOX)单组元推进剂火箭发动机进行方案设计研究。发动机分为挤压式和泵压式两种方案,推力分别为26.69kN 和444.83kN。提出了发动机的计算参数和假定参数。通过讨论发动机的主要分系统如单组元推进剂贮箱、供应管路、泵、涡轮、燃烧室和喷管/出口锥等,指明完成设计程序的关键分析难点和所需数据。与分析结果一起指明一种新组合件:火焰回流捕获器。该装置的功能是阻止火焰峰延伸部分通过推进剂管道进入贮箱。Al/LOX 火箭发动机的主要设计难点是其热流量高,通常比常规火箭发动机高出很多。结果表明:由于热流量太高,挤压式发动机采用超临界 LOX 冷却是不可能的,而泵压式发动机 LOX 流量大,冷却则可以实现。考虑到铝粒在单组元推进剂中的点火延迟和燃烧时间,建议推进剂雾化到200μm 或更小。推进剂中 Al 含量低,导致燃烧长度不能接受。除出口锥以外,Al 和氧化铝的侵蚀不是设计中的主要问题。现在的计算机程度能够预示出口锥造型,这种造型的喷管出口锥不经受颗粒的冲击侵蚀。同时还提出了校验出口锥造型的设计准则。     

航空航天用铝锂合金近况

铝锂合金具有质轻、高强、耐疲劳和优良的低温韧性。其应用范围已从航空领域逐渐扩大到航天领域,文中简要介绍这种仑金在航空航天领域应用的最新动向。