离心铸造过共晶Al-Si 合金自生表面复合材料

采用热模金属型工艺, 离心铸造过共晶Al-Si 合金, 获得了外层或外层和内层富集初晶Si, 其余部分为共晶组织构成的自生表面复合材料。分析了复合材料的形成过程, 考察了复合材料的组织、硬度和耐磨性。     

离心铸造Al-16wt%Si合金自生梯度复合材料

本文作者通过改变离心铸造的转速,获得了内层有较多初晶Si其余部分为共晶组织或初晶Si由外向内偏析的Al-16wt%Si合金自生梯度复合材料。分析了复合材料的形成过程,考察了复合材料的组织、硬度、耐磨性和物相结构。     

Si与Mg含量对离心铸造原位颗粒增强Al-xSi-yMg复合材料组织与耐磨性能的影响

采用离心铸造方法制备了不同Si、Mg含量的Al-xSi-yMg复合材料筒状铸件, 考察了不同成分铸件的宏观组织和微观组织, 并测试了不同成分铸件的耐磨性能, 分析并计算了Al-xSi-yMg合金中形成初晶颗粒的条件。结果表明: 除Al-15Si-5Mg外, 其他各成分铸件内侧均形成了含有初晶Si或Mg₂Si颗粒的增强层, 外侧为不含颗粒的非增强层。不同成分Al-xSi-yMg铸件中形成的初晶颗粒、颗粒增强层的相对厚度值(k)以及颗粒的体积分数各不相同。随着铸件内层初晶颗粒体积分数的逐渐增加, 材料的耐磨性能显著提高。计算结果表明, 当x≥12.8＋0.49y且y≥5时(15≤x≤30, y≤8), 合金中形成初晶Si、Mg₂Si两种颗粒; 当x<12.8＋0.49y且y≥5时, 合金中只形成初晶Mg₂Si颗粒; 当x≥12.8＋0.49y且y<5时, 合金中只形成初晶Si颗粒; 当x<12.8＋0.49y且y<5时, 合金中不形成初晶颗粒。     

Mg2Si/Al内生颗粒增强复合材料的研究进展

根据铝与Mg₂Si的共晶反应而制备的Mg₂Si/Al内生颗粒增强复合材料具有密度小、热稳定性高、增强体分布均匀、切削加工性和成型性能良好等优点,受到了国内外的广泛关注。这一材料的关键问题在于其中的Mg₂Si相为小晶面长大模式,尺寸粗大、形貌规则,导致复合材料脆性严重,通常情况下其伸长率不足1.5%。本文对这一材料的变质处理、材料体系、成型与制备技术三方面进行了综述。Mg₂Si的变质与细化研究是这一领域最为活跃的方面,研究证明,几乎所有在铝合金中具有变质作用的元素对Mg₂Si都有一定的变质作用,其中变质作用最为显著的是稀土元素、碱金属和碱土金属以及B、Sb、Ti、Mn、Ni等微合金化元素。Al/Mg₂Si的形貌通过恰当的变质处理,铸态Mg₂Si/Al内生颗粒增强复合材料的强度可以达到280 MPa,伸长率可以达到约4%,显著高于基体材料的铸造性能。材料体系的选择方面的研究比较薄弱,主要集中在铝镁硅合金系,Mg₂Si含量以15%的近共晶成分为多,过共晶体系中Mg₂Si含量最高也没有超过30%。材料成型与改性方面的研究也只是刚刚开始,这一材料无一例外都是凝固成型。研究发现,凝固前的熔体过热处理和搅拌等熔体预处理都可以改善Mg₂Si的形貌和尺寸,粗大的初生Mg₂Si的平均尺寸可以细化到约40 μm;低过热浇注及凝固过程加压和快冷可以显著改善Mg₂Si的尺寸和形貌,在快速凝固条件下,Mg₂Si将由小晶面长大模式转变为非小晶面连续长大模式;凝固后的热变形以及热处理也能显著改善其微观组织和性能。内生Mg₂Si/Al复合材料的成型技术研究比较薄弱,其中,挤压铸造Mg₂Si/Al复合材料具有突出的优势,挤压铸造的A380铝合金-Mg₂Si复合材料,平均尺寸由75 μm降为30 μm,形状系数由0.77降为0.22。     

闭孔泡沫Mg2Si/Al复合材料的制备及压缩性能研究

采用熔体发泡法,以原位自生Mg2Si/Al复合材料为基体,CaCO3作发泡剂,通过控制温度和搅拌参数,成功制备出不同密度的闭孔泡沫铝。通过静态压缩性能试验发现:泡沫Mg2Si/Al复合材料的压缩过程具备泡沫金属压缩变形的三阶段(弹性变形、应力平台区、致密化阶段)特征;压缩屈服强度和平台应力均随密度增加而增大;屈服点附近应力值下降,应力平台区出现锯齿波形,暴露出孔壁的脆性破裂特征。经过人工时效热处理,泡沫Mg2Si/Al复合材料的屈服强度显著增大。通过观察孔壁的微观组织发现,Al基体被孔壁中粗大的Al+Mg2Si伪共晶组织所割裂。     

ECAP变形对Mg2Si增强耐热镁合金组织及性能的影响

为了提高镁合金的耐热性能,在Mg-Zn合金中加入Si,形成Mg-Zn-Si镁合金.采用ECAP工艺在变形温度为573 K和挤压路径为Bc条件下对Mg-Zn-Si镁合金进行不同道次的变形.运用金相显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等手段对变形后的Mg-Zn-Si镁合金进行了组织表征,对变形后的合金进行了室温拉伸和高温蠕变等力学性能测试.结果表明:随着挤压道次增加,α-Mg基体、Mg Zn相及Mg2Si相均得到细化且分布趋于均匀.1道次挤压后部分基体α-Mg细化,4道次挤压后α-Mg的尺寸减小为5~10μm,且晶粒大小趋于均匀;2道次挤压后Mg2Si相枝晶在原位置破碎为颗粒状,6、8道次挤压后Mg_2Si相呈弥散分布.4道次挤压后合金的屈服强度和抗拉强度均提高120%,伸长率提高353%;8道次挤压后合金的抗拉强度和伸长率与4道次相比变化不大,但屈服强度进一步提高了19%.随着挤压道次增加,高温抗蠕变性能提高,8道次后高温稳态蠕变速率降低5倍.Mg2Si相细化机理为受剪切而机械碎断.     

Si含量对离心铸造Al-8.5Ni-xSi复合材料组织与性能的影响

对离心铸造Al-8.5Ni-xSi复合材料铸件的微观组织进行了观察,研究了Si含量对复合材料的组织、硬度和耐磨性的影响.结果表明:Al-8.5Ni-9Si铸件的外层偏聚了较多的初生NiAl3颗粒,内层为无颗粒的基体层;而Al-8.5Ni-14Si,Al-8.5Ni-19Si铸件则形成了具有大量初生NiAl3/Si颗粒的外层增强层,中间无颗粒的基体层以及含有较多初生Si/NiAl3颗粒的内层增强层的三层组织.随着Si含量由9％(质量分数,下同)增加到14％,19％,Al-8.5 Ni-xSi铸件增强层的初生NiAl3/Si颗粒体积分数逐渐增大,材料的硬度及耐磨性逐渐增强.在离心场中,初生NiAl3的离心运动与初生Si的向心运动是形成Al-8.5Ni-xSi铸件不同组织的主要原因.     

Mg2Si薄膜的磁控溅射制备及表征

采用直流磁控溅射的方法在Si(100)衬底上制备了Mg2Si外延半导体薄膜。通过XRD和FESEM对Mg2Si薄膜的晶体结构和表面形貌进行了表征,分析了溅射功率对Mg2Si薄膜制备的影响,得到了Mg2Si薄膜在不同溅射功率下的外延生长特性。结果表明,在Si(100)衬底上,Mg2Si薄膜具有(220)的择优生长特性,并且在50~80W的溅射功率范围内,随着溅射功率的增加,Mg2Si外延薄膜的衍射峰强度逐渐增强。     

原位合成Mg2Sip/Al复合材料的组织及性能研究

采用熔体直接反应法成功制备了Mg2Sip/Al复合材料,研究了Mg2Si颗粒含量及530℃固溶6h+173℃时效5h热处理对复合材料组织和性能的影响,利用X射线衍射仪、扫描电镜等分析了复合材料的物相和显微组织,并测试了其力学性能。结果表明,随着Mg2Si颗粒含量的增加,在一定范围内,铸态复合材料基体的晶粒尺寸随之变小;热处理后Mg2Si颗粒名义含量4%(质量分数)的复合材料析出的二次相颗粒较名义含量5%(质量分数)的复合材料更多,二次相颗粒平均尺寸均约为4μm,且颗粒名义含量4%(质量分数)的复合材料热处理后抗拉强度和伸长率分别达到280MPa和9%,较热处理前分别提高了24.44%和63.64%     

原位内生Al/M g2Si/S i 复合材料铸态组织研究

利用普通重力铸造方法, 制备了原位内生A l/Mg₂Si/S i 复合材料。研究了体系中加入过量Si 后的显微组织, 并利用Al-Mg₂Si-Si 三元相图进行分析。结果表明, 过量Si 使复合材料中的大长径比的Al+ Mg₂Si 二元共晶向小长径比的Al+ Mg₂Si+ Si 三元共晶转化, 并使α-Al 以球状晶粒析出, 从而改善了显微组织, 显著提高了复合材料的室温拉伸性能。      

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。     

形变Cu-11.5 %Fe 原位复合材料的强度和导电性

研究了经多次冷拔或冷拔配合中间热处理制得的形变Cu-11.5 %Fe 原位复合材料的组织、强度和导电性。用SEM 和TEM 观察分析了材料的组织结构。结果发现, 形变量η ≥5137 的形变Cu-11.5 %Fe 原位复合材料的Fe 树枝晶已成为细纤维状, 在横截面呈薄片弯曲状。形变量越大, 纤维越均匀细化。力学性能和电阻率测试结果发现, 随形变量增加, 强度提高, 同时电阻率增大。中间热处理可在不损失强度的同时, 明显降低电阻率。经3 次中间热处理后, 不同形变量下的材料电阻率均可下降约4.4μΩ·cm。几个较好的电导率和极限抗拉强度组合为: 70.6 %/ 659 MPa (Φ0.8) 、64.6 %/ 752 MPa (Φ0.5) 和51.9 %/ 880 MPa (Φ0.2) 。      

原位铝基复合材料的制备及微观组织

提出制备原位合金化和原位反应颗粒共同强化金属基复合材料的概念,并据此制备了原位10％Cu(质量分数,下同）和5．35％α-Al2O3颗粒增强纯铝复合材料（A）以及原位10％Cu,4%Si和15.06%α-Al2O3颗粒共同增强纯铝复合材料（B）。对原位反应过程进行了热力学分析。SEM观察和EDS分析显示,A和B中的原位反应分别生成了合金元素Cu、Cu Si以及Al2O3;原位Al2O3颗粒直径小于0.5μm,在材料中均匀分布。TEM观测显示Al2O3颗粒边角圆滑,与基体结合良好。探讨了原位反应的机理以及在铸造凝固过程中原位颗粒的行为。     

原位合成TiB2/ ZL109 复合材料的高温蠕变行为

采用原位合成方法制备了TiB₂ 超细颗粒增强ZL109 复合材料, 对材料进行了高温拉伸蠕变实验。实验结果表明, 复合材料在高温恒应力条件下, 表现出高的名义应力指数和高的名义蠕变激活能, 优于纯Al 和ZL109 合金, 而且比常规外加颗粒复合材料具有更好的高温蠕变性能。引入门槛应力概念, 复合材料的蠕变实验结果能够用微观结构不变模型来解释, 说明复合材料的蠕变受到基体点阵扩散的控制。复合材料的蠕变断裂行为可以用Monkman2Grant 经验公式来描述, 蠕变断裂特征为延性断裂。     

Ce对Mg-5Si合金中初生Mg2Si相变质的影响

利用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散光谱仪(EDS)、光学显微镜(OM)、ICP光谱仪及X射线衍射(XRD)等手段研究了Ce对Mg-5Si合金中Mg₂Si相变质的影响。结果表明：添加不同量的Ce使Mg-5Si合金中的初生Mg₂Si相的形貌从粗大的树枝状变为多边形状,共晶Mg₂Si由汉字状变为了细纤维状或点状。Ce的添加量为1.2%时变质效果最佳,初生Mg₂Si 的尺寸从48 μm减小到 9 μm或更小。同时,在1.6% Ce变质的合金中发现了短棒状的Mg-Si-Ce化合物。Ce促进了Mg₂Si的形核,并抑制了Mg₂Si的各向异性生长。     

挤压铸造法制备可变形SiCP/Al复合材料的组织与性能

通过在SiC颗粒预制块中加入铝粉的方法制备了颗粒含量可控的SiC颗粒预制块,并用挤压铸造法制备了可变形SiC_P/Al复合材料。通过对颗粒体积含量为25%的SiC_P/Al复合材料进行热挤压变形,研究了挤压变形的可行性及其对复合材料组织与性能的影响规律。实验结果表明,用本文中提出的新工艺制备的25vol%SiC_P/Al复合材料可以成功地进行挤压比为25∶1的热挤压变形,并且热挤压变形可以明显提高复合材料的强度、刚度和塑性。