Al2O3型壳与定向凝固合金IC10的界面反应

采用扫描电子显微镜、能谱分析等研究定向凝固合金IC10与Al2O3陶瓷型壳的界面反应.结果表明:Al2O3型壳与IC10合金发生界面反应,合金表面粘砂严重;IC10合金中由于含有1.5％(质量分数,下同)Hf,使其活泼程度明显增加.界面反应层厚度约5～8μm,反应区分成内、外两层,外层为HfO2,内层为富(Al,Ta,Nb)氧化物层,Al含量占80％.Hf和Al是界面反应的主导元素.     

铝合金表面HIPIMS法制备钒涂层结构及结合强度的研究

研究不同类型过渡层对铝基体与钒涂层结合强度的影响,为合理设计过渡层提供一种新的研究思路。采用高功率脉冲磁控溅射技术在铝合金表面制备了钒涂层,利用X射线衍射仪和扫描电镜分析了钒涂层与过渡层的微观结构,利用划痕法和压痕法测试了不同过渡层下的膜基界面结合强度。样品Al/Cu/Cu-Cr/Cr/Cr-V/V的XRD衍射图谱中主要包含V(111)和Cr(111)相,并且样品呈现出光滑致密平整的表面特征。样品Al/V的膜基结合力为12 N左右,而样品Al/Cu/Cu-Cr/Cr/Cr-V/V的膜基结合力为30 N以上。与样品Al/V相比,样品Al/Cu/Cu-Cr/Cr/Cr-V/V无论是从单个裂纹开裂的程度还是从单位面积内裂纹的数目进行评价都表现出较高的膜基界面结合强度。在铝合金基体与钒涂层之间引入热膨胀系数梯度变化的过渡层,有利于获得较好的膜基界面结合强度。     

铝合金熔体氧化制备Al2O3 / SiC/ Ni/ Al-Si多相模糊界面陶瓷基复合材料

针对Al₂O₃ / Al 复合材料中金属相Al 对其高温性能的不利影响, 本试验在高温下将铝合金熔体氧化渗透到注浆成型的SiC/ Ni 多孔预制体中, 制备了Al₂O₃ / SiC/ Ni/ Al-Si 多相陶瓷基复合材料。借助光学显微镜、电子显微镜(SEM) 、X 射线衍射仪(XRD) 、波谱仪( EDS) 等手段分析了预制体和复合材料的相组成、微观结构及界面特征。结果表明, 复合材料的主晶相为Al₂O₃ 与SiC , 相间存在Al (Si) 复合氧化物、NiAl₂O₄ 及Ni 与Al-Si 合金相, 各相界面处成分呈连续过渡变化趋势, 构筑了具有模糊界面特征的多相复合材料。      

界面过渡层对SiC/Al双连续相复合材料性能的影响

研究了界面过渡层对SiC/Al双连续相复合材料性能的影响.结果表明,界面过渡层降低了复合材料中的残余应力,改善了界面的结合,提高了复合材料的压缩性能.当界面过渡层中SiC的体积分数接近50%时,复合材料的压缩强度最高,塑性最好,但弹性模量较低.界面过渡层的存在改变了复合材料的弯曲断裂机制.SiC原始泡沫增强的复合材料在断裂时,增强体SiC泡沫先断裂,基体后破坏,断裂表面凹凸不平;含界面过渡层的复合材料断裂时,过渡层的外侧界面先被撕开,内侧界面结合良好,基体与增强体同时断裂,断口平整.     

合金元素对Fe/Al界面反应影响的研究进展

Fe/Al界面反应涉及轻量化设计中的钢/铝焊接、铝合金铸造过程中铝熔体对模具钢的腐蚀及提高耐腐蚀、耐磨损性能的热浸镀铝涂层的制备等工业领域,在此过程中由于Fe、Al原子的互扩散而在界面上生成脆性的Fe-Al金属间化合物(IMC)层,该IMC层对上述的各种性能起着决定性作用.因此,如何根据最终的性能要求来控制该界面反应具有十分重要的科学意义.诸多文献从钢/铝焊接、钢热浸镀铝等方面研究了Fe/Al界面反应,并取得了丰硕的成果.但由于该界面反应大多为非平衡条件下进行的反应扩散过程,界面处生成的Fe-Al IMC厚度很薄且脆性较大.同时,合金元素及其交互作用会对这一界面反应产生复杂影响.具体表现在:Si易在IMC晶界处富集,对IMC的生长起抑制作用,Zn则可加速Fe/Al界面反应,但Si、Zn的影响与其存在形式有关;Fe-Cr-B铸钢热浸镀铝时会在反应界面上生成周期性层片结构(PLS),而Cr、Zn等合金元素会对生成PLS的界面反应产生重大影响,其中,Fe-Cr-B铸钢中的Cr含量是基础,只有Cr含量位于特定范围内,该界面反应才会生成PLS;Al熔体中的Zn会导致界面反应由Fe/Al转变为Fe/Zn,发生该转变时Al-Zn熔体中Al的临界含量为0.3％(质量分数,下同).本文从纯Fe/Al固液界面反应入手,阐述并讨论合金元素对这一界面反应生成IMC的类型、形貌及厚度的影响及其机理.结合已有的研究结果,分析了Fe-Cr-B铸钢热浸镀铝时界面组织结构的演变规律,最后,对Fe/Al界面反应的研究方向进行了展望,旨在为相关工程应用提供理论指导.     

双屏蔽(B4C-W)/6061Al层状复合板设计与性能

基于B₄C和W良好的屏蔽中子和γ射线性能,采用6061铝合金作为基体,设计了一种新型双屏蔽(B₄C-W)/6061Al层状复合材料,通过放电等离子烧结后加热轧制成板材,对制备的复合材料微观组织和力学性能进行了研究。结果表明,屏蔽组元B₄C和W颗粒均匀地分布在6061Al基体中,层界面、B₄C/Al、W/Al异质界面之间结合良好,无空隙和裂纹。在颗粒与基体界面处形成扩散层,扩散层的厚度约为6 μm (W/Al)和4 μm (W/Al)。轧制态的(B₄C-W)/6061Al层状复合板的屈服强度(109 MPa)和极限抗拉强度(245 MPa)明显优于烧结态的复合材料,但断裂韧性降低。强度提高的原因主要是轧制后颗粒的二次分布、均匀性及界面结合强度提高,基体合金的晶粒尺寸减小,位错密度增加。层状复合板的断裂方式为基体合金的韧性断裂和颗粒的脆性断裂。      

爆炸焊接铝/不锈钢薄壁复合管界面的微观分析

采用扫描电镜、能谱仪和显微硬度计对爆炸焊接铝/不锈钢薄壁双金属复合管界面的显微组织、成分和硬度梯度进行了分析研究.结果表明,结合良好的薄壁铝/不锈钢复合管的结合区界面,是平直界面和平直至波形过渡的非稳态波形界面二者混合出现;元素在界面扩散主要是Fe,Cr,Ni元素向Al层内进行扩散,Al元素向不锈钢层内扩散量极少,界面附近不锈钢侧有明显硬化现象;由于热影响消除了铝层硬化现象,在Al侧出现的由超塑流变造成的组织变化,并没有从硬度分布表现出来;需要严格控制爆炸焊接静态参数,尽量减少Al-Fe化合物脆性相生成量.     

FeCoNiCrCu高熵合金涂层对复合铸造Al/Mg双金属组织和性能的影响

目的 研究不同厚度的Fe Co Ni Cr Cu高熵合金涂层对Al/Mg双金属组织和力学性能的影响。方法 通过超音速火焰喷涂工艺在A356嵌体表面喷涂不同厚度的FeCoNiCrCu高熵合金涂层,采用消失模复合铸造工艺制备Al/Mg双金属,利用扫描电镜、EDS能谱及XRD衍射仪、维氏硬度测试仪和万能试验机对Al/Mg双金属界面微观组织和力学性能进行测试和分析。结果 未喷涂高熵合金涂层的Al/Mg双金属界面由共晶层和金属间化合物层组成,断裂位置主要位于金属间化合物层,裂纹从Al₃Mg₂扩展至共晶层结束,具有典型的脆性断裂特征,剪切强度仅为30.37 MPa。当高熵合金涂层厚度为5μm时,Al/Mg双金属形成了Al₃Mg₂+Mg₂Si/AlxFeCoNiCrCu+FeCoNiCrCu+Al-Mg-Co-Ni混合相/δ-Mg+Al₁₂Mg₁₇共晶组织的复杂界面,断裂发生在高熵合金层与δ-Mg+Al₁₂Mg_17<...     

TiAl合金全片层组织的热稳定性研究

研究了Al含量、冷却速率和添加硼元素对TiAl合金全片层组织在1150℃的热稳定性的影响。研究表明:Al含量在46%～48%(原子分数,下同)范围的二元TiAl合金的Al含量越高,γ偏析程度越严重,铸造片层组织的热稳定性越差;Ti-48Al合金α单相区固溶处理后炉冷的粗片层组织的稳定性远远优于空冷的细片层组织,空冷细片层组织容易在晶界处发生不连续粗化转变,并且空冷片层晶粒内的魏氏片层(Lw)与基体的界面往往与晶界一同成为片层组织发生分解的起始部位;Ti-48Al合金中添加0.8%B因晶界TiB2相的存在能有效抑制细片层组织的晶界不连续粗化,但γ相从TiB2/基体界面和晶界重新形核生长可使片层组织转变为均匀的细晶近γ组织。     

AlSi合金中间层对铝/镁扩散连接界面组织性能的影响

以Al-10Si合金粉末和纯Al粉混合(质量比为1∶1)粉末为中间层,在450℃下保温1 h,对工业纯铝和工业纯镁进行了扩散连接。采用扫描电子显微镜(SEM)、电子探针(EPMA)分析了界面区域的微观组织和元素分布。结果表明,在450℃下保温1 h,混合粉末与铝、镁两侧基体间发生元素扩散,形成梯度结构的反应层,反应层从铝侧向镁侧依次为Al_3Mg_2层(Ⅰ)、Al_(12)Mg_(17)层(Ⅱ)、富硅相层(Ⅲ)和Al_(12)Mg_(17)+δ-Mg(Ⅳ)共晶层。反应层总厚度约为520μm,且富硅相层的厚度大于其它3层。硬度测试结果显示,Al和Mg两侧基体的平均硬度(HV)分别为242和478 MPa,靠近Al侧的Al_3Mg_2化合物层硬度最高,硬度值为2520 MPa; Al_(12)Mg_(17)+δ-Mg共晶区域的平均硬度为2100 MPa,而富硅相层区域的平均硬度为1980 MPa。拉伸剪切试验结果显示,增加AlSi合金中间层后,Al/Mg异种金属扩散连接界面结合强度达到23 MPa;拉伸剪切断口XRD分析表明,断裂位置位于硬度值最高的Al_3Mg_2化合物层,拉伸断口呈现典型的脆性断裂特征。     

SiC/DLC过渡层对类金刚石薄膜力学性能的影响

采用等离子体浸没离子注入及沉积技术在钛合金(Ti6Al4V)表面制备了类金刚石薄膜和含有SiC/DLC过渡层的类金刚石薄膜。采用拉曼光谱及扫描电子显微镜分析了薄膜的成分和结构,并利用超显微硬度计、薄膜结合力测试仪和往复式摩擦实验机研究了薄膜的硬度、韧性、膜/基结合力和耐磨性。研究结果表明,SiC/DLC过渡层可以提高钛合金(Ti6Al4V)表面类金刚石薄膜的韧性及膜/基结合力,与未制备过渡层的类金刚石薄膜相比,含有SiC/DLC过渡层的类金刚石薄膜的耐磨性明显提高。     

热浸镀Zn-6%Al-3%Mg镀层合金层生长研究

将Q235钢分别在Zn-6%(质量分数,下同)Al和Zn-6%Al-3%Mg合金锌浴中浸镀不同的时间,使用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)以及X射线衍射仪(XRD)对样品合金镀层显微进行观察,分析镀层层合金层的相组成及生长过程,研究Mg对合金层生长的作用。通过研究发现,在Zn-6%Al和Zn-6%Al-3%Mg合金镀层中合金界面层组成主要是Fe-Al-Zn化合物,Fe-Al-Zn合金界面层阻碍了脆性Fe-Zn层的形成。Mg加入Zn-6%Al锌池中后促进了界面反应,缩短了合金层出现所需时间,并使合金层的生长更加致密均匀,稳定合金层使其不被液相侵蚀破坏而溶解。Mg的加入阻碍了扩散通道随着时间延长逐渐向两扩散组元成分点连线移动的趋势,减少了锌液进入合金层,稳定了合金层。Zn-6%Al-3%Mg镀层合金层随着时间延长而增厚,合金层的生长呈抛物线规律,主要受扩散反应控制。     

激光熔覆制备Fe3Al金属间化合物覆层的组织结构

为了研究激光熔覆工艺条件下Fe3Al金属间化合物合金层的组织结构特点,以纯Fe3Al粉 1%Y2O3为原料在钢基体表面激光熔覆Fe3Al金属间化合物,利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射试验方法等对熔覆合金层、合金层与钢基体的结合界面等进行了显微组织与相结构的分析.试验获得了致密、无肉眼可见气孔、夹杂的合金层,合金层与基体间完全冶金结合,但存在裂纹现象;熔覆合金层主要由单相Fe3Al构成,覆层组织为粗大等轴状晶团,等轴状晶团由大量极细小的条状Fe3Al晶粒构成,一些相邻的条状晶粒之间具有基本一致的晶体学取向.     

Cu-Be/Cu-Zn层状金属基复合材料的冷轧变形行为及界面过渡层演变

高铍含量的铍铜(Cu-Be)合金时效后抗拉强度可达1400 MPa以上,伸长率却不到5％,呈现显著的强度-塑性倒置关系,严重影响了合金服役的安全可靠性.高强Cu-Be合金塑性变形时产生的局部应变集中现象是导致其低塑性的根本原因,将层状非均质构型设计的思想运用于Cu-Be合金,构建Cu-Be/Cu-Zn层状金属基复合材料,可以有效减少该现象的产生,有望获得高强塑性的层状金属基复合材料.运用塑性变形法制备层状金属基复合材料简单易行,受到广泛关注.前人对层状金属基复合材料轧制变形规律的研究主要集中在复合材料金属组元方面,对界面过渡层变形规律研究较少.本工作利用真空热压复合及后续冷轧变形的方式制备了Cu-Be/Cu-Zn层状金属基复合材料,利用光学显微镜(OM)、场发射扫描电镜(FE-SEM)结合能谱仪(EDS)、显微维氏硬度计对Cu-Be/Cu-Zn层状金属基复合材料冷轧变形行为及界面过渡层的演变进行了研究.研究结果表明,Cu-Be/Cu-Zn层状金属基复合材料冷轧前金属层间界面基本呈平直状,界面结合良好且无裂纹、孔洞等缺陷.当冷轧压下率不超过50％时,Cu-Be/Cu-Zn层状金属基复合材料发生不均匀的宏观变形,Cu-Zn层在板材厚度方向的变形量明显大于Cu-Be层和界面过渡层,当冷轧压下率为35％时,界面过渡层的厚度仅减小8.3％,不均匀的塑性变形导致Cu-Be/Cu-Zn界面由平直状态变为波浪状态;当冷轧压下率超过65％时,层状金属基复合材料内部发生均匀、协调的变形,各层厚度基本按照总冷轧压下率变化.不同冷轧压下率下,显微硬度最高的均为过渡层,其次是Cu-Be层,而Cu-Zn层的显微硬度最低.这是因为在层状金属基复合材料冷轧变形过程中,界面过渡层主要起到协调变形的作用,处于显著剪切应力状态,会产生额外的背应力强化.本工作探讨了界面过渡层在Cu-Be/Cu-Zn层状金属基复合材料冷轧过程中的宏观变形以及强化机理,有助于进一步阐明层状金属基复合材料塑性加工变形规律并合理制定其塑性加工工艺.     

电积锌用Al/Pb-Ag复合阳极的制备及电化学性能

为了提高电积锌用阳极的性能和寿命,采用电沉积法在铝板表面制备了Al/Pb-0.8％ Ag复合电极,并对其进行了阳极极化.通过阳极极化曲线、Tafel曲线和交流阻抗谱分析了Al/Pb-0.8％Ag复合电极的腐蚀电化学性能;采用扫描电镜分析复合电极形貌,采用能谱仪分析其成分,采用X射线衍射仪分析其相结构.结果表明:Al/Pb-0.8％Ag电极中Ag分布均匀,铝基体和镍过渡层之间以及镍过渡层和铅银合金之间结合紧密;与传统Pb-0.8％Ag电极相比,Al/Pb-0.8％ Ag电极作电解锌阳极具有较高的耐腐蚀性和电催化活性.     

镁/铝双金属复合材料成形工艺的研究进展及影响结合层的因素

镁合金和铝合金具有密度低、比强度高等特点,在汽车轻量化方面具有显著优势。Mg/Al双金属复合材料兼具2种金属的优点,在运输、电子3C等领域具有广泛的应用前景。制备Mg/Al复合材料的方法可分为焊接、铸造、轧制和挤压4大类。在制备Mg/Al复合材料时,4种方法均会不可避免地在界面结合处产生硬脆相的金属间化合物(IMC),如Al3Mg2、Al12Mg17等。硬脆相的IMC往往不利于Mg/Al之间的结合。提高Mg/Al双金属复合材料结合强度的关键是消除或者减少IMC。针对以上问题,综述了目前较为前沿的焊接、铸造、轧制、挤压等用于制备Mg/Al双金属复合材料的新工艺,分析了不同工艺及其参数、夹层合金元素、界面形状对结合层组织和性能的影响。最后,对目前制备Mg/Al复合材料成形工艺的研究现状进行了总结与展望。     

基体合金元素对SiC/Al界面结合影响的第一性原理及实验研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理及实验相结合的方法, 探讨了Al基体中分别掺杂Mg、Si、Cu合金元素对SiC/Al界面结合的影响, 重点考察了合金元素在界面偏聚时的电子结构和成键情况。研究表明: 在未掺杂Al/SiC体系界面结构优化时, 以Si原子为终止面的Brigde结构是最稳定的结合方式; 当合金元素分别替换界面处的Al原子后, 界面处原子的分波态密度、Muliken电荷及成键原子集居数等电子结构参数均有不同程度的变化, 这不仅增加了界面处 Si与Al原子结合, 同时也增强了界面处和亚界面处的Al基体和SiC增强相原子之间的相互作用, 使体系更加稳定, 界面黏着功均有不同提升; 其中掺Mg提升效果最明显, 其次为掺Cu和掺Si; 利用第一性原理计算的掺杂Al/SiC体系黏着功和实验值较为接近且变化规律相同。     

强流脉冲电子束作用下Ti2AlNb微观结构状态与耐腐蚀性能研究北大核心CSCD

利用强流脉冲电子束(HCPEB)对Ti2AlNb合金进行辐照处理,利用X射线衍射仪(XRD),场发射扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)对辐照后合金的显微组织结构进行分析,结果表明,辐照后表面形成大量火山状熔坑,随着辐照次数的增加,熔坑的密度显著减少,辐照后合金发生α+β→O相变,β和O相显著细化;辐照后表层形成了一层厚度约为4μm的重熔层,重熔层中Al发生过饱和固溶而富Al;辐照在亚表层产生高幅值的应力和温度梯度,造成亚表层发生强烈塑性变形,生成高密度的位错,孪晶和层错等缺陷结构。辐照后试样的耐腐蚀性能得到了提高,这主要归因于辐照后产生的表面净化效应和成分均匀化,表面富Al生成致密的Al_(2)O_(3)保护膜以及Al的增强扩散修复腐蚀过程中损耗的Al_(2)O_(3)膜,提高了Ti2AlNb合金的耐腐蚀性能。     

低压铸造-轧制法快速制备Al-Cu复合材料

采用低压铸造-轧制法实现了快速制备650mm×30mm×7mm×R3.5mm的Al/Cu复合材料,并通过SEM、EDS、XRD和电子万能试验机(AG-X)表征其结构和界面剪切强度。结果表明:在Cu管预热温度200℃,轧制压下率30%,冷却水通量400L/h,Al液温度680~740℃条件下均可实现Al-Cu之间的冶金结合,界面合金层随着Al液温度的升高而变宽;复合材料的导电性能和界面结合剪切强度受界面金属间化合物层宽度的影响,其宽度越宽,剪切强度降低。低压铸造法制备Al-Cu复合材料工艺流程短,一次成形快,并能对界面物相进行有效调控。     

Al2O3陶瓷/AgCuTi/可伐合金钎焊接头力学性能

为实现Al2O3陶瓷与可伐合金的可靠连接,分析影响接头力学性能的因素,测试了Al2O3陶瓷/AgCuTi/可伐合金钎焊接头的抗剪强度,通过光学显微镜、SEM及EDS对断口形貌、成分进行分析,确定了断裂路径.研究表明,钎焊温度为900 ℃,保温时间为5 min时,接头抗剪强度最高,达144 MPa.此时,断裂大部分发生在Al2O3陶瓷/钎料界面处,小部分发生在界面中的TiFe2、TiNi3金属间化合物层.钎焊温度升高,保温时间延长时,界面上出现大量的TiFe2、TiNi3金属间化合物,界面性能弱化,断裂发生在TiFe2、TiNi3金属间化合物层,造成Al2O3陶瓷/AgCuTi/可伐合金接头连接强度降低.