结构材料喷射成形技术与雾化沉积高温合金

喷射成形是利用快速凝固方法直接制备金属材料坯料或半成品的先进材料制造技术 ,喷射沉积高温结构材料的冶金性能好、生产效率高、成本低 ,因而在近几年得到了迅速发展 .本项研究的主要目的是要通过喷射成形工艺参数的调整、最大限度地直接减少喷射成形坯中的孔隙度 ,进而得到优质坯料 .利用优化的雾化喷射沉积技术制备了多种高温合金沉积坯 ,沉积坯整体致密、晶粒细小、组织均匀、无宏观偏析、含气量低、力学性能提高 .还简要地比较了喷射成形高温合金与用常规铸锭冶金工艺和粉末冶金工艺制备高温合金的异同 ;总结了航空材料研究院喷射成形高温材料近年来的研究状况 ,包括专用高温材料喷射成形装置和技术及其应用 .     

喷射成形过共晶Al-Si合金组织、性能的研究进展

过共晶Al-Si合金作为最具代表性的喷射成形材料在轻质、耐热、耐磨结构件,尤其是发动机缸套的工业化生产方面,已获得大量的应用。目前商用化的过共晶Al-Si合金在热稳定性和高温性能方面的不足已成为开发高性能发动机的限制因素,因而也成为近年来各研究机构的主要研究方向。用Fe,Mn,Cr为主的合金化代替传统的以Cu,Mg为主的合金化,使Al2Cu,Al2CuMg等强化相被稳定性更高的α-Al(Fe,TM)Si相所代替,达到了组织和室温、高温性能的双重优化,制备出继PEAK和OSPREY公司之后开发的可应用于更高性能发动机缸套部件的新型过共晶Al-Si合金。     

Al-17Si-xLa合金室温阻尼-应变振幅行为研究

研究了过共晶Al-17Si-xLa合金在室温下不同频率的阻尼一应变振幅行为。Al-17Si-xLa合金通过常规的铸造和喷射成形工艺制备,并采用动态热机械分析仪(DMTA)对其阻尼行为进行研究。结果表明大多数铸态以及喷射成形态Al-17Si-xLa合金显示了类似的室温应变振幅-阻尼行为：即随振幅的增加,阻尼先不增大,然后明显升高出现阻尼峰,最后回落,可以用G-L位错阻尼理论加以解释;铸态下添加La对Al-17Si合金的阻尼行为影响不大,过量La(6％(质量分数))添加明显降低阻尼性能。La的添加明显提高喷射成形态Al-Si合金阻尼性能。喷射成形态Al-Si合金的阻尼明显比相应铸态Al-Si合金的阻尼高。     

快速凝固过共晶铝硅合金的显微组织及摩擦学行为研究现状

过共晶铝硅合金由于具有高耐磨性、低热膨胀系数和高比强度而广泛应用于汽车和飞机制造业.该类合金在常规铸造下易产生粗大的脆硬初生硅相,降低合金力学性能及耐磨性.而利用快速凝固技术能够有效细化硅相,制备出高耐磨的过共晶铝硅合金.过共晶铝硅合金的性能可以通过改变共晶硅和初晶硅的形态及其分布、二次枝晶胞的尺寸或臂间距等方式加以改善.目前过共晶铝硅合金的研究大多是关于控制共晶和初晶硅的形态和分布,而针对常规铸造的细化晶粒工艺只对25％(质量分数)硅含量以下的过共晶铝硅合金有明显效果,因此研究人员聚焦于能对高硅含量的过共晶铝硅合金实现晶粒细化的快速凝固技术.快速凝固技术区别于常规铸造的特点是高冷却速度,研究发现冷却速度对过共晶铝硅合金的相平衡和微观结构有着显著的影响.随着冷却速度的增加,过共晶铝硅合金的微观结构细化、化学均匀性提高、固溶度增加,形成非晶及亚稳相,极大地改善了过共晶铝硅合金的性能.根据不同快速凝固技术制备的过共晶铝硅合金,其细化的显微组织及对应的摩擦学行为也有所不同.这些差异对于完善快速凝固过程中硅晶粒形核长大机制、形态演化机制及其对过共晶铝硅合金性能影响的理论体系能够起到有效的补充作用.本文综述了快速凝固过共晶铝硅合金四种主要制备方法:衬底急冷技术、快速凝固-粉末冶金技术、喷射沉积技术和选择性激光熔化技术,分析了相关快速凝固工艺的研究现状,对比了不同工艺制备的过共晶铝硅合金的显微组织及耐磨性能,并从理论体系、性能预测和技术工艺三方面对其未来的研究方向提出了一些可行建议.     

初始Si含量对离心法制备过共晶Al-Si合金FGM中初晶硅分布的影响

很多实验表明,Si含量不同导致离心法制备过共晶Al-Si合金梯度功能材料(FGM)中初晶硅分布内外侧不同。为了解释这一实验现象,通过理论分析,提出存在一临界初始含量和临界析出温度的观点。分析表明:当Si含量低于临界含量和析出温度低于临界析出温度时,过共晶Al-Si合金析出的初晶硅密度小于残余合金熔液密度;当Si含量高于临界含量时,在临界温度以上合金析出的初晶硅密度大于合金熔液密度,临界温度以下合金析出的初晶硅密度小于合金熔液密度。这导致了离心法制备不同初始Si含量的过共晶Al-Si合金FGM中初晶硅分布于内外侧不同。最后采用实验进行了验证。     

喷射成形Al_(95)Cu_2Fe_1Ni_1Ce_(0.5)Zr_(0.5)合金的微观组织形成机制及拉伸性能

采用喷射成形技术制备了Al95Cu2Fe1Ni1Ce0.5Zr0.5合金材料，研究了该合金快速凝固组织的形成机制，并对沉积态及热挤压态材料的拉伸性能进行了测试．结果表明：喷射成形快速凝固技术显著地细化了合金组织．预成形毛坯组织的微观不均匀性使沉积态材料的综合力学性能降低；热挤压工艺可改善合金的均匀性，提高材料性能．     

喷射成形技术制备高性能铝合金材料

采用喷射成形技术制备了过共晶Ａｌ－Ｓｉ系高强耐磨铝合金和Ａｌ－Ｚｎ系（７０００系）超高强铝合金,并对上述喷射成形材料的组织、性能进行了研究。结果表明,喷射成形材料与传统铸造材料或铸造变形加工材料相比,基本组织被显著细化、析出相尺寸更为细小且分布更加均匀、各种析出相的宏观和微观偏析得到了有效控制,从而使其各项力学性能得到了明显的提高。还同时介绍了上述喷射成形高性能铝合金在工业发达国家中的大规模应用情况,以及我国的应用开发现状。     

喷射轧制钢/Al-Pb复合轴瓦带材的组织与性能

采用喷射轧制工艺制备了钢/Al-8.5Pb-4Si-Cu-0.5Sn复合轴瓦带材,分析了所制备材料的组织及性能.结果表明,用喷射轧制工艺制备的轴瓦合金Al-Si基体中分布有均匀细小的Pb相粒子,经过50%变形量的轧制和在320℃后续退火5h的处理,在复合轴瓦带材的界面处发生了合金元素的扩散,形成了良好的冶金结合层,界面强度高,剪切强度达到72MPa.用喷射轧制工艺制备的轴瓦合金具有良好的耐磨性能.     

A1-Si过共晶合金拉伸断裂过程的研究

以铸造Al-Si过共晶合金为研究对象,采用现场金相显微镜对Al-Si过共晶合金的断裂过程进行观察,探讨了两相合金的断裂机理。试验发现:Al-Si过共晶合金的断裂首先发生在先析Si相的凹角处,随着外力的增加,裂纹向先析Si相内部进行扩展,达到相界处时改变方向,沿着Al-Si两相的相界进行扩展。分析认为:Al-Si两相合金中,相界的结合强度最弱,裂纹的扩展是择弱进行的。     

Al-Si过共晶合金拉伸断裂过程的研究

以铸造Al-Si过共晶合金为研究对象,采用现场金相显微镜对Al-Si过共晶合金的断裂过程进行观察,探讨了两相合金的断裂机理。试验发现：Al-Si过共晶合金的断裂首先发生在先析Si相的凹角处,随着外力的增加,裂纹向先析Si相内部进行扩展,达到相界处时改变方向,沿着Al-Si两相的相界进行扩展。分析认为：Al-Si两相合金中,相界的结合强度最弱,裂纹的扩展是择弱进行的。     

Processing, microstructure and fracture behaviour of a spray atomized and deposited aluminium–silicon alloy

In this study a hypereutectic aluminium–silicon alloy was synthesized by spray atomization and deposition technique. Microstructure characterization studies were performed to provide an understanding of the influence of spray processing on microstructure of the hypereutectic alloy. Ambient and elevated temperature tensile tests reveal the spray-processed alloy to have better strength and ductility than a conventional ingot metallurgy processed alloy having the same chemical composition. The quasi-static fracture characteristics of the spray-processed alloy is presented and discussed in light of processing and intrinsic microstructural effects. This revised version was published online in November 2006 with corrections to the Cover Date.     

稀土在过共晶高硅铝合金中的合金化作用

运用力学性能测试、金相显微镜、扫描电镜研究了稀土在含硅量约为２２％的过共晶Ａｌ－Ｓｉ合金中的合金化作用。结果表明，稀土可作为合金元素替代昂贵金属Ｎｉ，；稀土与Ｃｕ，Ｍｇ，Ｆｅ，Ｓｉ等形成的稀土化合物产生的第二相强化是改善合金高温拉伸性能的主要原因，稀土对合金的强化作用存在一个稀土的最佳含量范围。     

电磁成形技术在钛合金板材成形中的应用

钛合金是航空航天领域主要的轻质结构材料,强度高,但不易成形且回弹大,而电磁成形技术的发展为钛合金零件的精密高效成形提供了新的有效途径.从高速增塑、成形工艺、数值仿真3个方面综述了电磁成形技术在钛合金板材成形的应用研究情况,并结合笔者的研究经历对钛合金电磁成形中存在的问题进行了简要分析.在此基础上,着重综述了电磁成形技术下材料的成形性能与变形机理,进而综述了钛合金电磁胀形、电磁翻边工艺研究进展,并介绍了钛合金电磁成形多物理场耦合仿真技术,最后对未来钛合金板材电磁成形技术的发展进行了展望.电磁成形技术可以提高钛合金板材的成形性能;厚度接近集肤深度的高导电性低强度板材是优质的驱动片.为了进一步促进电磁成形技术在钛合金板材成形中的应用,需要开发更高强度的磁体线圈以及更优的驱动方式.     

Carbon nanotube reinforced aluminum nanocomposite via plasma and high velocity oxy-fuel spray forming

Free standing structures of hypereutectic aluminum-23 wt% silicon nanocomposite with multiwalled carbon nanotubes (MWCNT) reinforcement have been successfully fabricated by two different thermal spraying technique viz Plasma Spray Forming (PSF) and High Velocity Oxy-Fuel (HVOF) Spray Forming. Comparative microstructural and mechanical property evaluation of the two thermally spray formed nanocomposites has been carried out. Presence of nanosized grains in the Al-Si alloy matrix and physically intact and undamaged carbon nanotubes were observed in both the nanocomposites. Excellent interfacial bonding between Al alloy matrix and MWCNT was observed. The elastic modulus and hardness of HVOF sprayed nanocomposite is found to be higher than PSF sprayed composites.     

喷射成形铝硅合金电子封装梯度材料的研究进展

高硅铝合金电子封装材料以其良好的热物理性能与力学性能,越来越受到材料和电子封装行业研究者的重视,但是其焊接性能与机械性能不理想。铝硅合金梯度板材可解决电子封装材料低膨胀与高机械性能的矛盾,其高硅端热膨胀系数低,导热好,适于裸集成电路;低硅端机械性能高,可焊接,便于精加工和封装,是未来武器装备高集成电路封装构件重要的备选材料。针对这类材料的制备问题,提出了双金属一步式喷射成形技术的概念,并对喷射工艺参数进行了初步的探索研究。2个沉积器的间距可以影响复合板材的外形轮廓与内部硅成分的梯度分布,模拟结果显示间距大于等于40 mm时,出现台阶而且成分变化有突变。     

Effect of combined magnetic field on the eliminating inclusions from liquid aluminum alloy

The effect of electromagnetic field on the removal of inclusions in the aluminum alloy was investigated. Primary silicon particles precipitating from the solidification of Al-Si hypereutectic alloy were regarded as inclusions. An experimental apparatus applied with both rotating magnetic field (RMF) and traveling magnetic field (TMF) was employed to study the distribution of silicon particles in Al-Si alloy under magnetic field. The results showed that combined magnetic field (CMF) consisting of RMF and TMF eliminated the silicon particles from the molten alloy. Compared with TMF or RMF, CMF increased the separating effectivity substantially. It was proposed that CMF provided a highly effective approach for metal purification.     

Effect of Squeeze Cast Process Parameters on Fluidity of Hypereutectic Al-Si Alloy

The effects of processing variables on the fluidity of hypereutectic Al-Si alloy melt during squeeze casting were investigated.The maximum fluidity of Al-16.0%Si alloy during squeeze casting was obtained under the applied pressure of 30 MPa.The fluidity increased with superheat.The fluidity increased with silicon content in the range from 12.0% to 20.0%.That was decreased respectively by eutectic modification and primary silicon refinement.