热浸镀Zn-11Al-3Mg镀层黑点缺陷形成机理研究

目的 研究Zn-11Al-3Mg镀层黑点缺陷位置与正常位置组织特征差异,阐明黑点缺陷的形成机理,寻找导致黑点缺陷的原因,从而控制和消除黑点缺陷。方法 以工业生产的Zn-11Al-3Mg镀层钢板表面的黑点缺陷为研究对象,综合运用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、双束聚焦离子束显微镜(FIB-SEM)等,详细对比了缺陷位置和正常位置镀层显微组织的差异,分析了引起镀层组织差异的根本原因,揭示了Zn-11Al-3Mg镀层表面黑点缺陷的形成机理。结果 Zn-11Al-3Mg镀层组织由初生Al枝晶和枝晶间第二相组成,缺陷位置和正常位置枝晶间第二相显微组织存在明显差异,宏观上表现为局部黑点缺陷。缺陷位置枝晶间第二相的平均成分与原始镀液成分接近,组织为细小的颗粒状Zn/Al/MgZn₂三元组织,未出现明显的Zn/MgZn₂二元共晶;而正常位置枝晶间第二相由大量的层片状Zn/MgZn₂二元共晶及少量Zn/Al/MgZn₂三元共晶组成。造成上述镀层组织差异的根本原因是镀后凝固过程中冷却速率不均匀...     

三元Laves相Cr-Nb-Si(Al)合金的组织演变与强韧化机理

采用真空非自耗电弧熔炼法制备了两种系列的Laves相Cr-Nb-Si(Al)合金,利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、Vickers硬度计及万能力学试验机研究了合金的显微组织、力学性能及强韧化机理。结果表明：随着Al含量不断增加,合金Cr-45Nb-xAl(x=0,7.5,17.5)的显微组织由初生相Cr₂Nb+共晶Cr₂Nb/Nb固溶体(Nbss)演变为全共晶Cr₂Nb/Nbss;而随着Si含量不断增加,合金Cr-57.5Nb-xSi(x=0,5,10)的显微组织由初生相Nbss+共晶Cr₂Nb/Nbss演变为海藻-树枝晶共晶,树枝晶内部为两相共晶Cr₂Nb/Nbss,树枝晶边缘为三相共晶Cr₂Nb/Nb₅Si₃/Nbss。合金Cr-45Nb-xAl(x=0,7.5,17.5)的压缩强度与断裂韧性随Al含量增加不断减小,而合金Cr-57.5Nb-xSi(x=0,5,10)的压缩强度与断裂韧性随Si含量增加...     

铝含量对热浸镀锌合金耐蚀性的影响

采用光学显微镜、电化学测试、SEM等方法研究了Zn-4Al,Zn-5Al和Zn-6Al热浸镀锌合金的显微组织和耐蚀性。结果表明,Zn-4Al合金由Zn-Al层片状共晶组织和大量的初生β-Zn相枝晶组成,Zn-5Al合金为Zn-Al共晶组织加少量的初生β-Zn相组成,Zn-6Al合金为初生的块状α-Al相和Zn-Al共晶组织组成,块状α-Al相周围的共晶组织多为颗粒状。Zn-5Al合金的自腐蚀电流密度J_corr最小,极化电阻R_p最大,合金表现出最好的耐腐蚀性。Zn-4Al和Zn-5Al合金是由初生的β-Zn相被优先选择腐蚀,Zn-6Al合金是由块状的α-Al相周围的共晶组织被优先选择腐蚀。     

冷却速度对Zn-Al-Mg合金组织及腐蚀性能的影响

研究了不同冷速下Zn+6%Al+3%Mg合金原始镀液凝固组织和形貌的变化,并对不同冷速下合金的耐腐蚀性能进行了分析。结果表明,不同冷速条件下,合金中出现先析出相Al、Al和Zn、Al/Mg Zn2共晶组织、Zn/Al/Mg Zn2三元共晶组织,但炉冷,水冷下还生成了Zn/Al/Mg Zn11三元共晶。随冷却速度增加,晶粒尺寸愈加细小。空冷下合金耐腐蚀性能相对较好,炉冷相对较差,这与其晶粒度和Mg2Zn11相有关。     

Al-6.3Zn-2.8Mg-1.8Cu铸造铝合金的组织和室温力学性能

研究了Al-6.3Zn 2.8Mg-1.8Cu铸造铝合金的组织和室温力学性能.研究表明,在金属型铸造条件下,Al-6.3Zn-2.8Mg-1.8Cu合金的铸态组织为近等轴晶,相组成为α（Al）基体、枝晶间α（Al）+η（MgZn₂）共晶、晶内游离η相（MgZn₂）、少量T相（Mg₃Zn_xCu₃-_xAl₂）及少量颗粒状Al₇Cu₂Fe.固溶处理后,原铸态组织中的η（MgZn₂）相大部分溶解消失,但形成新的沿晶界分布的S相（Al₂CuMg）.实验确定了固溶态Al-6.3Zn-2.8Mg-1.8Cu合金较优的单级和双级时效工艺.与单级时效工艺相比,采用双级时效工艺处理后,抗拉强度由480 MPa增加至490 MPa,延伸率由0.2%增加至2.2%.     

冷却速度对Al-3Fe合金凝固特性和微观组织的影响

采用冷却曲线测定、光学显微镜(OM)和X射线衍射仪(XRD)研究了冷却速度对Al-3Fe合金凝固特性和凝固组织的影响。结果表明,在冷却速度为0.69~11.8℃/s的范围内,Al-3Fe合金的显微组织均由α-Al枝晶、初生富Fe相及枝晶间的共晶组织组成,其中富Fe相主要为Al₃Fe、Al₅Fe₂和Al₆Fe相。冷却速度对Al-3Fe合金的凝固特性和凝固组织有明显的影响。随着冷却速度的提高,合金初生相形核温度和共晶反应温度降低,合金的凝固组织明显细化。     

Al和Zn对铸造Mg-5Sn合金微观组织和力学性能的影响

根据合金成分设计,在Mg-5Sn铸造合金中逐步添加2%Al及4%Zn（质量分数）,实验结果表明,单独添加Al后,一次枝晶尺寸减小,且二次臂变的更加细密,合金的延伸率从6.6%提高到22.4%;Al和Zn复合添加后,长程枝晶转变为较为圆整的蔷薇状,在合金中生成了Mg₃₂（Al,Zn）₄₉相,合金的屈服强度和抗拉强度分别达到96和232 MPa,但延伸率则下降到14.8%.通过固溶时效处理,Mg-5Sn-4Zn-2Al合金在175℃时效24 h后达到硬度峰值83.5 HV,其晶内析出相由沿[0001]晶向分布的MgZn₂和块状的Mg₂Sn相组成,对应的室温屈服和抗拉强度分别提升到144和264 MPa;在150℃下其屈服强度仍可达到138 MPa,这表明合金的晶内析出的MgZn₂和Mg₂Sn相在高温下仍具有良好的强化作用.     

Fe含量对金属型铸造Al-Fe合金组织形态的影响

研究了不同Fe含量的Al-Fe合金在金属型铸造条件下的组织形态.在金属型铸造条件下,亚共晶Al-Fe组织由发达α-Al枝晶与枝晶间隙链接呈网状的细小共晶Al3Fe相所组成;共晶Al-Fe合金组织为弯曲针棒状共晶Al3Fe相和共晶α-Al相共生生长组织;过共晶Al-Fe合金随着Fe含量增加初生Al3Fe相的形态由针棒状向针片状再向长针状转变,初生相周围共晶Al3Fe相依附在初生相表面生长而形成离异共晶组织.并对不同含Fe量时合金的凝固过程进行了分析探讨.     

不同形态和热历史条件下Zr55Al10Ni5Cu30非晶合金的晶化行为

研究了不同形态Zr₅₅Al₁₀Ni₅Cu₃₀非晶合金（块体和粉末）在不同升温和冷却条件下的晶化行为.发现Zr₅₅Al₁₀-Ni₅Cu₃₀在不同热历史下的晶化行为有较大差别.对于块体非晶合金,在常规热处理条件下,合金的升温和冷却速率较低,Zr₅₅Al₁₀Ni₅Cu₃₀块体非晶合金在初始晶化温度Tx以上开始晶化,形成CuZr₂纳米晶.随着热处理温度的升高,晶粒尺寸增大,当热处理最终温度超过熔点后,合金在随炉冷却过程中形成了粗大的CuZr₂板条+板条间（CuZr₂）+（Zr,Cu,Al,Ni）共晶组织;在激光熔凝条件下,合金的升温和冷却速率较高,Zr₅₅Al₁₀Ni₅Cu₃₀块体非晶合金随单点熔凝次数的增加,晶化效应逐渐累加,热影响区中逐渐出现微米级球晶的弥散析出,并长大,随后失稳形成沿熔池边界带状分布,尺寸可达几百微米的等轴晶.对于粉末非晶合金,由于Zr₅₅Al₁₀Ni₅Cu₃₀非晶粉末的冷却强度不如块体非晶,冷却速率较块体低,造成粉末颗粒在激光熔凝过程中晶化为微米级的等轴枝晶,并随着激光能量的升高,等轴枝晶尺寸增大.     

定向凝固Cu-10.25%Mg过共晶合金中初生Laves相Cu2Mg枝晶三维形貌

采用连续切片技术重构了定向凝固Cu-10.25%Mg过共晶合金中初生Laves相Cu₂Mg的三维枝晶形貌.结果表明,Cu₂Mg二次枝晶的三维生长形态在不同凝固环境中呈现"八面体"、"棱面"或"板条"状,侧枝生长形态不对称,二维截面组织中沿生长方向不连续的枝晶实质上是枝晶二次侧枝的横断面组织,部分沿生长方向分叉的枝晶仅是某个初生枝晶一次轴的局部,而非二维截面组织推断出的初生桉晶分叉现象.20μm/s抽拉速率下合金的一次和二次枝晶间距分别为112.53和40.78μm,该值与凝固分数f_s=0.6时侧枝呈现"板条"枝晶的一次和二次枝晶间距测量值123.30和44.82μm相近,比f_s=0.8时侧枝呈现"八面体"枝晶的值198.00和47.66μm要小.三维初生Cu₂Mg枝晶"八面体"、"棱面"和"板条"侧枝的生长速率数值分别为1.40.1.94和2.66μm/s,比一次技晶主干生长速率要小近一个数量级.     

生长速率对定向凝固NiAl-43V过共晶合金组织演变和室温断裂韧性的影响

采用高温度梯度液态金属冷却技术(LMC)制备了Ni-28.5Al-43V(at%)过共晶合金,利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和三点弯曲(3PB)测试对合金的组织演变和断裂韧性进行了研究。在温度梯度G_L=310 K/cm,生长速率V=6～150μm/s的实验条件下,NiAl-43V的凝固组织均为初生V枝晶+共晶组织(NiAl片层+V片层)。硬度测试表明初生V枝晶的硬度高于共晶相的硬度。断裂韧性测试表明NiAl-43V过共晶合金最大室温断裂韧性相比NiAl合金提高了4倍。随着生长速率的增大,室温断裂韧性从6μm/s的22.679 MPa·m~(1/2)逐渐下降到150μm/s的18.422 MPa·m~(1/2)。这是因为生长速率增大产生的细晶强化效应弱于初生V枝晶和胞间区域的增加对断裂韧性产生的不良影响。合金的断口形貌分析表明合金断裂为准解理断裂,在裂纹扩展中裂纹钝化、裂纹再形核、裂纹偏转、界面剥离、裂纹桥接和微裂纹键合韧化机制对提高NiAl-43V合金的室温断裂韧性做出了贡献。初生V枝晶的析出一定程度降低了合金的断裂韧性。     

ZA27合金在SIMA处理过程中形变量和等温温度对组织的影响

研究了ZA2 7合金在应力诱发熔体激活法 (SIMA)处理过程中形变量和等温温度对组织的影响。结果表明 :在 2 50℃预变形时 ,随着形变量的增加 ,ZA2 7合金的原始组织由发达的树枝状晶逐渐演变为粗化的等轴晶和短树枝状晶 ;在等温处理中 ,形变量越大和等温温度越高 ,初生α相逐渐形成球状颗粒 ;低温下 ,ZA2 7合金组织粒状化的原因是回复与再结晶的多边形晶界处形成低熔点Zn Al Cu三元共晶组织 ,较高温度则形成Zn Al二元共晶。     

深过冷Al_(46.2)Fe_(36.6)Ti_(17.2)包共晶合金的快速凝固及组织演变

采用落管无容器处理技术实现了Al_(46.2)Fe_(36.6)Ti_(17.2)三元包共晶合金的深过冷与快速凝固,获得直径为130~1 150μm的合金粒子,其过冷度范围为202~30 K。研究发现,在自由落体条件下,合金熔体在快速凝固过程中呈现显著的溶质截留效应,包共晶转变进行得不彻底,凝固组织中包含Fe_2Ti相、Fe Al相和τ_2相,其中Fe_2Ti相为初生相,组织呈现枝晶形貌,Fe Al相和τ_2相形成层片状包共晶组织。随着液滴直径的减小,冷却速率增加,过冷度增大,凝固组织中初生Fe_2Ti相的形貌由粗大枝晶逐渐变为细碎枝晶,一次枝晶轴长度与粒子直径呈线性减小关系;包共晶组织由长条状层片变为球状胞,并且层片间距呈指数型减小。     

Mn含量对Zn-Al-Mg合金组织和耐腐蚀性能的影响

为了使热镀锌产品获得更好的耐腐蚀性能,通过感应熔炼制备了3种不同Mn含量的Zn-Al-Mg合金铸锭,分别为Zn1Al1Mg0.5Mn、Zn1Al1Mg1.2Mn、Zn1Al1Mg2.5Mn,并分析了其凝固组织和腐蚀行为。结果表明：通过相图计算预测了含Mn的Zn-Al-Mg合金中Al-Mn化合物类型为Al₁₁Mn₄、Al₈Mn₅、Al_0.8Mn; Zn1Al1Mg0.5Mn、Zn1Al1Mg1.2Mn合金的Al-Mn析出相分别为Al₁₁Mn₄、Al₈Mn₅,随着Mn含量的增加,Zn1Al1Mg2.5Mn合金中的Al-Mn析出相为Al₈Mn₅和Al_0.8Mn,其中Al₁₁Mn₄和Al₈Mn₅相主要在共晶组织中析出,Al_0.8     

Sn对Cu-Sn-Ti钎料显微组织与性能的影响

为揭示Sn调控Cu-Sn-Ti钎料显微组织与力学性能的规律,采用真空非自耗熔炼法制备Cu-Sn-Ti钎料,利用扫描电镜、X射线衍射仪、能谱仪、万能材料试验机等,研究了Sn对Cu-Sn-Ti钎料的显微组织、显微硬度、剪切强度及断口形貌的影响.结果表明,钎料显微组织随Sn含量增加而演变的规律为：枝晶状初生α-Cu基体相+共晶组织+晶间组织→初生α-Cu基体相+共晶组织→共晶组织→初生CuSn₃Ti₅相+粗化共晶组织+α-Cu基体相(富Sn)+Cu₄₁Sn₁₁相+SnTi₃相,其中晶间组织为α-Cu相和CuSn₃Ti₅相的混合组织+少量的(SnTi₃+CuTi相+Cu₃Ti相).随着Sn含量的增加,钎料显微硬度呈先增大后减小的趋势,钎料剪切强度呈逐渐减小的趋势,断口形貌由准解理断裂向解理断裂+准解理断裂的混合形态转变.增加Sn含量促使钎料形成粗化的CuSn₃Ti_5<...     

(NiAl)63-xV20Cr17Bx共晶高熵合金的组织和性能

采用非自耗真空熔炼炉制备了一组非等摩尔比的高熵合金(NiAl)_63-xV₂₀Cr17B_x(x=0、0.2、0.4、0.6、0.8和1.0,摩尔比),通过XRD、EPMA、万能材料试验机等手段研究了B含量对合金微观组织和力学性能的影响。结果表明,(NiAl)₆₃V₂₀Cr₁₇合金为B2+BCC双相共晶结构,属于海藻状共晶枝晶,规则的片层共晶被不规则的片层共晶包围。随着B含量增加,(NiAl)_63-xV₂₀Cr₁₇Bx合金的微观结构由片层状共晶结构(x=0)转变为亚共晶结构(x>0.4),纳米沉淀物(含M₂B化合物)在初生相上析出。合金硬度先增加后减小,断裂强度和断裂应变持续增大。当x=0.8时,高熵合金具有良好的综合力学性能,其硬度(HV)为556,屈服强度为1 523 MPa,断裂强度为3 348 MPa,断裂应变为34.5%。     

Si元素含量对激光快速成形制备Nb-Si二元合金显微组织演变的影响

以铌粉和硅粉为原料,采用双通道同轴送粉制备了四种不同Si元素含量的Nb-Si二元合金,通过扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）及X射线衍射仪（XRD）等分析了合金的显微组织演变及维氏硬度.结果表明,硅含量由7%增加至25%,合金的显微组织由Nb_SS+Nb₃Si转变为初生Nb_SS+（Nb_SS/Nb₃Si）共晶,硅含量为18%时,呈Nb_SS/Nb₃Si全共晶组织,硅含量提高至25%,合金中出现初生β-Nb₅Si₃相,并仍存在Nb_SS/Nb₃Si共晶组织.铌和硅粉末在激光作用下原位反应并快速凝固,显著细化了Nb-Si合金的显微组织.随硅含量增加,硅化物含量逐渐增加,合金显微硬度由746 HV增至1 342 HV.     

Al和Si对热浸Zn-Al-Mg合金镀层组织和耐腐蚀性的影响

采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪、透射电子显微镜、全浸腐蚀及中性盐雾腐蚀试验等方法,对比研究Zn-0.5Al-1.5Mg、Zn-2Al-1.5Mg和Zn-2Al-1.5Mg-0.3Si(质量分数,%)合金镀层的组织与性能,探讨Al和Si对热浸Zn-Al-Mg合金镀层组织和耐腐蚀性能的影响。结果表明:三合金镀层的组成相是Zn相、Al相和Mg Zn2相;Zn-0.5Al-1.5Mg合金镀层由块状富Zn相和晶界Zn+MgZ n2二元共晶组织组成,Zn-2Al-1.5Mg合金镀层由块状富Zn相和晶界Zn+Al+MgZ n2三元共晶组织组成,Zn-2Al-1.5Mg-0.3Si合金镀层由块状富Zn相、晶界Zn+Al+Mg Zn2三元共晶组织和针状相Mg2Si组成;Al、Mg和Si主要分布在晶界,Al和Si有细化镀层晶粒作用,添加Si能提高Zn-Al-Mg合金镀层的耐腐蚀性能。     

Al-Si合金共晶形核与生长机制研究

Al-Si二元共晶反应发生在凝固后期,共晶(团)晶粒的形核、生长都直接影响缩松、热裂等缺陷的形成、杂质元素及化合物的分布等。对Al Si10.5亚共晶合金进行Sr变质,对未变质与变质合金进行微观组织观察和EBSD分析,并对未变质合金进行热分析。结果表明:无论变质与否,共晶在初生枝晶上形核和在枝晶间异质上形核的这两种情况都存在,并且Sr对初生α-Al有明显的变质效果,富Fe相可能对共晶Si相形核有较大影响。     

半连续铸造AZTYM66310合金铸态与热处理后的相组成与拉伸性能研究

摘 要: 研究了半连续铸造Mg-6Al-6Zn-3Sn-1Y-0.5Mn（AZTYM66310）镁合金在铸态以及固溶处理与时效处理后的微观组织结构演变和拉伸性能及失效机理。铸态AZTYM66310合金的微观组织中α-Mg初生相呈现典型的等轴枝晶形态,枝晶间分布大量的凝固过程中形成的第二相,包括Mg + Mg32(Al,Zn)49共晶、Mg2Sn离异共晶相以及Al2Y相和Al8Mn4Y相。铸态合金经过380℃×6h固溶处理后,大部分Mg32(Al,Zn)49相和部分Mg2Sn相溶入基体中,形成过饱和α-Mg固溶体,基体中Al、Zn、Sn元素含量显著提高,而Al2Y相和Al8Mn4Y相未发生明显变化。固溶处理显著提高了合金的抗拉强度,同时提升了合金的断后延伸率。经过380℃×6h+150℃×16h的时效处理后,合金组织中,尤其是晶界附近,析出大量的纳米尺度的颗粒增强相,强度提高,特别是屈服强度提高到187.4 MPa。合金在拉伸失效过程中,组织中的第二相首先破裂或者与基体分离,导致了微裂纹的产生,微裂纹沿着晶界扩展,最终导致样品发生断裂。