合金化镀层拉伸过程中裂纹产生及扩展的原位观察

用XRD分析铁含量不同的热镀锌合金化(GA)镀层的相结构,并用装配拉伸台的环境扫描电镜原位观察GA镀层在拉伸变形情况下表面裂纹产生、扩展及断裂的情况.结果表明,当铁含量为10wt%～15wt%时,镀层表面形成的裂纹间隙最小,抗粉化性能最好.在拉应力作用下,合金化镀层的破坏可分为两个过程:第一个破坏过程的主要表现形式是粉化,裂纹的扩展形式以张开型断裂为主;第二个破坏过程的主要表现形式是剥落,裂纹的扩展形式以滑开型断裂为主.镀层的断裂不是沿着某一固定的界面发生,而是在载荷作用的不同阶段发生不同类型的断裂和脱落,在不同的区域镀层断裂的界面不同.     

电连接器4J29合金接触体断裂分析

采用体视显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析仪、光学显微镜,对断裂的电连接器接触体进行表面和断口的宏微观形貌观察,断口表面化学成分及显微组织分析。结果表明:电连接器接触体在含Cl~-介质中发生应力腐蚀开裂,最终在工作振动应力作用下发生疲劳断裂;裂纹萌生阶段主要特征为腐蚀坑和沿晶,扩展阶段的主要特征为裂纹穿晶、分叉和疲劳条带。酸洗后腐蚀性Cl~-的残留与接触体表面镀层开裂导致接触体断裂。     

电连接器压线卡断裂分析

电连接器产品组装交付用户并贮存半年后,发现H62黄铜压线卡发生断裂。通过对压线卡宏观观察、微观观察、能谱分析、硬度检查、金相检查,以及同批次压线卡的人工断口、硬度以及金相组织的对比分析,确定此次电连接器压线卡的断裂模式为应力腐蚀。断裂原因主要有两方面:一是压线卡内热缩膜体积较大导致压线卡承受较大拉应力;二是压线卡镀层表面发生破坏失去了保护基体材料的作用,在这两个方面因素的综合作用下最终导致压线卡发生应力腐蚀断裂。建议进一步对压线卡内热缩膜的体积进行量化控制,同时对电连接器压线卡表面镀层的生产、贮存、使用等过程进行控制,避免对镀层的损伤破坏。     

火电汽轮机用镍基合金的组织与性能

对火电汽轮机用Ni-6Al-7Ta-4W-4Co-4.6Re-2.8Ru合金进行了固溶和时效热处理,研究了不同温度和外加应力作用下的镍基单晶合金在高温蠕变过程中的蠕变性能和组织演变特征,并分析了其作用机理。结果表明:在外加应力一定条件下,镍基合金的蠕变寿命随着温度的提高而逐渐降低,当温度高于1100℃时表现出了明显的温度敏感性;在温度一定条件下,镍基合金的蠕变寿命随着外加应力的提高而逐渐降低,当外加应力大于156 MPa时表现出了明显的应力敏感性。镍基单晶合金在温度为1075~1125℃、应力为136~176 MPa范围内稳态蠕变阶段的蠕变激活能Q=493.7 k J/mol,应力指数n=4.9;高温蠕变过程中γ'相不断发生扭曲和粗化,在蠕变后期的外加应力作用下,显微裂纹会在γ基体和γ'相界面的显微孔洞处萌生和扩展,并造成镍基合金的蠕变断裂是高温、低应力条件下合金的蠕变断裂机制。     

铀表面Ti/Al复合镀层在腐蚀气体中的腐蚀行为

研究了铀表面磁控溅射离子镀Ti/Al复合镀层在200～500℃温度范围,分别在o.05 MPa的O2、H2O和HCl气体中的腐蚀失效形式.采用俄歇电子能谱(AES)分析了腐蚀后腐蚀介质元素在复合镀层中的深度分布,并采用有限元分析方法计算了在腐蚀加热和冷却过程中复合镀层的应力变化.结果表明:O2、H2O、HCl引起铀表面Ti/Al复合镀层的反应腐蚀温度依次降低,界面分离是Ti/Al复合镀层抗气体加热腐蚀的主要失效形式,Al/U和Ti/Al界面分别成为Ti/Al复合镀层在含O气氛和HCl气体中加热腐蚀的薄弱环节;镀层从界面剥离主要是腐蚀气体从镀层缺陷渗透到界面,降低界面的结合力,从而产生应力引起的.     

硬质合金与钢电子束焊接接头缺陷及断裂分析

对WC-Co/40Cr进行电子束焊接试验，研究了焊缝和界面组织，同时分析了焊缝中裂纹的产生机理. 结果表明，焊缝主要由马氏体和脆性η相组成，在组织和拉应力作用下生成两种典型裂纹缺陷，一类为冷却过程中尚未凝固的液态薄膜不能填充间隙产生的结晶裂纹；一类为较大残余拉应力使得焊缝中硬脆相开裂形成的淬硬脆化裂纹. 界面由于元素扩散作用产生贫碳环境，在合适的温度梯度下会有η相包络生成. 测试接头的力学性能，发现接头平均抗剪强度为506 MPa，断裂贯穿于硬质合金热影响区、界面、焊缝处，分别呈现沿晶断裂、准解理断裂和解理断裂的特征.     

SnCu钎料合金镀层钎焊连接机理及界面反应

通过在LD31铝合金表面电刷镀Ni,Cu后再沉积SnCu钎料合金镀层的钎焊实验,研究了钎料镀层的连接机理及界面反应,改进了可降低Ni层应力的电刷镀镀Ni液的配方,开发出适合镀层钎焊的SnCu钎料合金镀液,钎焊时钎料润湿为附着润湿,研究了在300℃钎焊时焊缝界面金属间化合物的生长规律,结果表明：焊缝中Cu-SnCu界面处生成了球状和棒状的Cu6Sn5金属间化合物;拉伸时焊缝主要沿着SnCu金属间化合物和富Sn相之间的界面断裂。     

3.5%NaCl溶液中Ni-Co镀层失效过程的EIS研究

采用电化学阻抗谱(EIS)技术对电沉积Ni-Co镀层在3.5%NaCl溶液中的腐蚀失效过程进行了研究,发现可采用4种等效电路对镀层的失效过程进行拟合:浸泡初期,镀层耐蚀性能良好,可以简单的等效为镀层电阻与镀层电容的并联;浸泡一段时间后,镀层/金属界面上发生腐蚀反应,引入了双电层电容和界面电荷转移电阻;浸泡后期,界面上的腐蚀产物产生积累,引入反映腐蚀产物信息的Warburg电阻元件;当腐蚀产物的积累影响到腐蚀介质的扩散时,引入了扩散电阻和扩散电容。通过对失效过程中镀层电阻和电容随时间的变化曲线进行分析,发现Ni-Co镀层在3.5%NaCl溶液中的失效过程可分为3个阶段:腐蚀介质的渗透阶段,界面金属的腐蚀阶段和镀层的失效阶段。     

Ni-金刚石复合共沉积过程研究

利用复合电沉积技术制备了Ni-金刚石复合镀层,研究了溶液中微粒悬浮量对复合量的影响,并从两步吸附、微粒传输及界面作用力等不同角度初步探讨了金刚石微粒进入镀层的共沉积过程。结果表明:在研究范围内,随溶液中金刚石微粒悬浮量的提高,镀层中微粒复合量先升高而后缓慢降低。Ni-金刚石复合镀层的形成与N.Guglielmi的两步吸附模型及Yeh的微粒传输模型不完全吻合。分析认为,金刚石微粒与镍金属的共沉积分2个阶段,第1阶段,微粒依靠搅拌作用传输至电极表面,第2阶段,微粒在高场强协助下通过界面作用力的作用逐渐被沉积金属埋覆。     

Cr镀层对金刚石/铝硼硅玻璃复合材料中金刚石氧化反应的抑制研究

为研究在镀铬金刚石/铝硼硅玻璃复合材料中Cr镀层对金刚石氧化反应的抑制作用,将不同镀层厚度的镀铬金刚石和铝硼硅玻璃在相同工艺下烧制成试样,检测试样的体积膨胀率和抗折强度,观察其断面形貌;同时分析烧结后金刚石单颗粒抗压强度和金刚石-结合剂界面的成分。结果表明：Cr镀层具有消耗和隔绝氧元素的双重保护作用,能有效抑制金刚石的氧化。同时,镀层厚度对金刚石氧化反应影响显著：镀层太薄,不能在高温烧结过程中持续保护金刚石;镀层太厚,会由于应力匹配问题产生裂纹或成片剥落,使金刚石暴露在有氧环境中,反而失去保护作用。对于粒度号为140/170的金刚石,最佳镀层厚度为1.58μm。     

三元磷酸盐体系无机预润滑试剂的研发及其在改善热镀锌汽车板成形方面的应用

目的旨在合成一种用于改善热镀锌汽车板材料成形性能的无机预润滑试剂,以期降低热镀锌板表面摩擦系数,进而减少冲压过程中开裂等缺陷的发生。方法以磷酸、金属硝酸盐等为主要试剂合成机预润滑试剂,在热镀锌汽车板材料表面得到均匀、连续的无机预润滑薄膜。采用扫面电子显微镜、辉光光谱仪等手段对材料表面所形成的无机预润滑薄膜的基本形貌、厚度等进行表征。采用平板摩擦、深冲实验对材料涂覆预润滑膜后的表面摩擦系数及冲压性能进行分析。同时,根据汽车板材料认证特点,对无机预润滑处理后的热镀锌汽车板材料的焊接/胶接、涂装性能进行分析。结果采用辊涂法在热镀锌汽车板材料表面可形成厚度为50～60 nm连续、均匀的薄膜。较之普通热镀锌材料,上述表面涂覆无机预润滑薄膜后的热镀锌材料表面摩擦系数可有效下降13%。,且伴随板面温度升高,无机预润滑热镀锌材料表面摩擦系数的下降愈发明显;同时,无机预润滑处理热镀锌材料的焊接性能(包括焊接窗口、焊接寿命)符合同等厚度汽车板材料的认证需求。涂覆无机预润滑薄膜热镀锌板表面与汽车结构胶具有良好的兼容性;此外,汽车主机厂挂片实验结果证实,现有的脱脂工艺可将材料表面无机预润滑膜彻底脱除,所得磷化膜厚度、晶粒大小与普通热镀锌板无异。结论当前所研发的无机预润滑试剂在热镀锌板表面形成薄膜,在不影响材料其他各项性能的前提下,可有效降低材料摩擦系数,为减少冲压缺陷的发生提供保证。     

基于Stoney公式适用性分析——取向硅钢绝缘涂层张应力的计算

目的改善涂层张应力状态,进而提升取向硅钢的电磁性能。方法用扫描电镜、辉光光谱仪分析了添加磷酸盐的胶体二氧化硅绝缘涂层的厚度和微观结构,采用静态拉伸试验得到了取向硅钢沿不同位向的力学特性。在此基础上,根据取向硅钢各向异性的特点和绝缘涂层的实际状态,用Stoney公式对取向硅钢涂层应力的适用性进行了讨论。结果取向硅钢的各向异性不满足Stoney公式的适用条件,实际测试的取向硅钢的力学性能结果表明,取向硅钢符合正交对称各向异性材料的一般规律,据此给出了涂层对取向硅钢产生的张应力的计算公式,利用该公式对不同涂覆工艺条件下的胶体二氧化硅绝缘涂层的张应力进行了计算,涂层厚度在1～2μm范围内,双面张应力的计算值为4～11 MPa。结论文中张应力的计算公式不仅适用于取向硅钢,同样适用于其他基体为各向异性的类似情况。通过张应力的计算可知,涂层厚度与张应力呈正相关,张应力的增大将会促使取向硅钢的铁损降低。因此,开发大张力的绝缘涂层,是进一步改善取向硅钢磁性能的有效途径之一。     

热镀锌合金化镀层相结构对摩擦特性与粉化量的影响

利用XRD、SEM、摩擦因数测量仪及双杯突试验机,研究了热镀锌合金化钢板(GA)镀层的相结构对摩擦特性与粉化量的影响。结果表明,随着GA镀层表面ζ相含量的增加,表面铁含量的降低,镀层表面的摩擦因数逐渐增加。相反,随着镀层中铁含量的增加,合金化镀层的粉化量逐渐增加。     

热镀锌合金化工艺对镀层表面摩擦特性的影响

采用SEM和AFM对不同合金化工艺的热镀锌合金化镀层断面结构和表面形貌进行观察和表征,并用摩擦系数仪测定了压力对不同工艺的镀层表面摩擦系数的影响,分析了合金化工艺和载荷对热镀锌合金化钢板(简称GA钢板)镀层表面摩擦特性的影响。结果表明,合金化时间为50 s时镀层表面的摩擦系数最大,此后随着合金化时间的延长镀层表面的摩擦系数基本保持不变;不同工艺的合金化镀层表面的相结构不同,当镀层表面以ζ相为主并伴有少量η相或以块状ζ相及致密的栅柱状δ相晶体为主时,镀层表面较平滑,表面没有出现明显的火山口状形貌时镀层表面的摩擦系数最小;随压应力的增加,镀层表面摩擦系数逐步增大,但是在较大压应力作用下,镀层表面摩擦系数的增幅明显降低。     

Interpretation of the corrosion process of a galvannealed coating layer on dual-phase steel

The dissolution process of a galvannealed coating layer on dual-phase steel was examined by correlating a stripping test, metallographic observations and a polarisation test in an acidified chloride solution. The galvannealed coating layer was composed of several Fe–Zn intermetallic phases, namely the gamma, delta, and zeta phases, from the substrate. The dissolution began from the outermost zeta phase and proceeded to the gamma and then the delta phase. The dissolution rates for each intermetallic phase and galvanic couples were measured and estimated through a polarisation test, and the gamma phase in the gamma-substrate galvanic couple exhibited the highest corrosion rate.     

Study on static and fatigue strength of structural adhesive-bonded joints of steel sheets for automotive application

The static and fatigue strength of crush durable structural adhesive-bonded lap joints of steel sheets for automobiles was evaluated by tensile shear tests. The steel sheets used in this study were uncoated and galvannealed (GA) with tensile strength ranging from 270 MPa-grade to 980 MPa-grade and the thickness ranging from 0.7 to 1.8 mm. Also, the effects of the adhesive types were evaluated. The results are as follows: In the static tensile shear tests, when the steel sheets deformed during the tensile test, the tensile shear strength increased with the increase in the base metal properties, such as the yield strength and thickness; however, when the base metal properties were sufficiently high not to undergo plastic deformation, the tensile shear strength exhibited a constant value. On the other hand, the effect of base metal properties on the fatigue joint strength was relatively small. The static joint strength of the GA steel joints was slightly lower than that of the uncoated steel sheets; however, the fatigue strength of the GA steel joints was higher than that of the uncoated steel sheets. The coating failure of the GA was affected by the type of adhesive, base metal properties and type of test. Choosing the proper adhesive can reduce the failure of the GA coating, and the high strength steel showed fewer coating failures than the mild steel.     

Experimental and finite element analysis for fracture of coating layer of galvannealed steel sheet

Mechanical properties of galvannealed (GA) steel sheet used for automotive exposed panel and predicted failure phenomenon of its coating layer were evaluated using finite element method. V-bending test was performed to understand better the fracture of coating layer of GA steel sheet during plastic deformation. Yield strength of the coating layer was calculated by using a relative difference between hardness of coating layer measured from the nano-indentation test and that of substrate. To measure shearing strength at the interface between substrate and coating layer, shearing test with two specimens attached by an adhesive was carried out. Using the mechanical properties measured, a series of finite element analyses coupled with a failure model was performed. Results reveal that the fracture of coating layer occurs in an irregular manner at the region where compressive deformation is dominant. Meanwhile, a series of vertical cracks perpendicular to material surface are observed at the tensile stressed-region. It is found that 0.26-0.28 of local equivalent plastic strain exists at the coating and substrate at the beginning of failure. The fracture of coating layer depends on ductility of the coating layer considerably as well.     

Influence of galvannealed process on coating corrosion resistance of high strength IF steel

Analyzing the influence of different galvannealed process parameters on coating corrosion resistance of high strength IF steel indicated that corrosion resistance rose with the increase in iron content. Corrosion resistance was related to the phase structure of coating and the fraction of different phases. The appearance of compact Γ₁phase indicated the great increase in coating corrosion resistance. At the same galvannealed time, coating corrosion resistance became better with the increase in the galvannealed temperature.     

拉应力条件下微弧氧化膜对铝合金腐蚀及电化学行为的影响

为研究在拉应力条件下微弧氧化膜对铝合金腐蚀及电化学行为的影响,采用恒载荷应力环在3.5% NaCl溶液中研究了经微弧氧化（MAO）处理后的7050铝合金（AA7050）应力腐蚀行为。用原位电化学阻抗谱（EIS）的方法评价在拉应力条件下,膜层的腐蚀破坏随浸泡时间的变化,并建立了相应的等效电路模型。结果表明,在3.5% NaCl溶液中,微弧氧化膜在有无拉应力的条件下都可以提高AA7050的耐蚀性和减少AA7050的塑性损失。在400 MPa拉应力条件下,微弧氧化膜的阻抗在应力腐蚀的过程中呈现出先减小后增大,再减小最后趋于稳定的规律;另外,AA7050在有拉应力的条件下,拉应力会促进基体的点蚀形核,提高腐蚀速率,微弧氧化膜的疏松层在拉应力的作用下会失去对基体的保护作用。     

再制造件涂覆层内部裂纹扩展行为研究

目的研究再制造件涂层内部不同形状、尺寸的裂纹扩展行为。方法利用扩展有限元和内聚力单元结合的方法,通过设定断裂能G值作为控制裂纹扩展的参数,对三点弯曲试验以及拉伸试验下涂覆层内部的裂纹进行模拟,并通过实验进行验证。结果随着载荷的增加,涂层中的垂直裂纹和45°倾斜裂纹均沿着涂层厚度方向扩展,到达界面时裂纹发生偏转,沿着界面继续扩展而并没有越过涂层-基体界面向基体扩展。模拟得到三点弯曲试验下初始长度为0.2 mm的垂直裂纹和45°倾斜裂纹开裂的临界载荷分别为3.47 k N和4.49 k N,裂纹长度增加至0.3 mm时,临界载荷降低为3.29 k N和4.31 k N。裂纹越靠近试件中心,临界载荷越小,越易发生裂纹扩展现象。另一方面,在拉伸试验下,0.2 mm的垂直裂纹的临界开裂载荷(3.47 k N)小于投影长度相同的倾斜裂纹的临界载荷(5.21 k N),而与拉应力平行的裂纹并未扩展。实验得到0.2 mm的垂直裂纹在弯曲试验下的平均临界载荷为3.49 k N,而倾斜裂纹为4.46 k N。结论三点弯曲试验下,垂直裂纹比倾斜裂纹更危险,初始长度越长、越靠近试件中心的裂纹越易发生裂纹扩展现象。在拉伸试验下,与拉应力平行的裂纹并未扩展,最安全。模拟结果与实验相近,验证了模拟的正确性。