离心铸造Mg2Si 和Si 自生增强锌基复合材料的组织与性能

采用热模金属型工艺, 离心铸造Zn-27Al-9.8Mg-5.2Si 和Zn-27Al-6.3Mg-3.7Si 合金, 获得了内层聚集大量块状初生Mg₂Si 、少量初生Si, 中层不含初生Mg₂Si 和初生Si, 外层含有初生Mg- Si 和初生Si 的自生锌基复合材料。离心铸造Zn-27Al-3.2Mg-1.8Si 合金, 获得了不含初生Mg₂Si 和初生Si 的单层材料。考察了复合材料的组织形貌, 检测了复合材料的硬度和耐磨性, 分析了复合材料的断裂模式。结果表明: 复合材料的内层因聚集大量的初生Mg₂Si 和初生Si 具有较高的硬度和较优的耐磨性。复合材料的断裂方式为脆性断裂, 含共晶Mg₂Si 和共晶Si 的中层在断裂中比含块状初生Mg₂Si 和初生Si 的内层经历了更多的塑性变形。      

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。     

镁基材料中Mg2Si相调控技术的研究进展

Mg₂Si相增强镁基材料具备低密度、高强度、高热稳定性、高耐磨性等优点,在航空航天、轨道交通等领域具备极大应用前景。研究表明,常规制备条件下Mg₂Si相组织粗大,有尖锐棱角,在受力过程中容易成为裂纹源而降低镁基材料的强韧性,因此需调控Mg₂Si相尺寸及分布。近年来,多种Mg₂Si相调控技术不断应用于镁基材料体系。在传统铸造方面主要通过变质处理或熔体处理调控Mg₂Si相形貌及尺寸,调控后初生Mg₂Si相由粗大枝晶状、鱼骨状转变为多面体状或颗粒状,共晶Mg₂Si相则由汉字状转变为细纤维状或短棒状,相尺寸也从数百微米被细化到数十微米。调控后的Mg₂Si相分布更加均匀,材料的强韧性也得到改善。此外,还可通过大塑性变形、快速凝固、粉末冶金等先进技术调控得到纳米级均匀弥散分布的Mg₂Si相增强镁基材料,材料性能也得到进一步提升。本文综述了Mg₂Si相形貌及分布、常规铸造过程的变质处...     

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。     

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。     

熔渗温度对Si/Al复合材料组织及性能的影响

采用无压熔渗法制备Si/Al复合材料,研究了熔渗温度对所制备Si/Al复合材料Si相形貌的影响,对Si相间基体合金的凝固组织进行了分析,测试了Si/Al复合材料热膨胀系数、热导率及抗弯强度。结果表明,在相同熔渗时间下,随着熔渗温度升高,所制备Si/Al复合材料中Si相从颗粒状到形成网络状。Si相间的Al-Si基体合金中不再是典型的初生相和共晶组织,而是出现了类似离异共晶的结晶现象,即初晶Si和共晶Si是在原存的Si相上结晶长大。XRD分析显示在所制备复合材料中只有Si相和Al相。随着熔渗温度升高复合材料热膨胀系数、热导率以及抗弯强度均出现下降。     

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<...     

Y对Mg-14Al-5Si合金性能的影响

使用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散光谱仪(EDS)、光学显微镜(OM)及X射线衍射仪(XRD)等手段分析了Mg-14Al-5Si合金的组织和成分,用布洛维硬度计和电子万能试验机测试了这种合金的力学性能,研究了在Mg-14Al-5Si合金中添加不同量的Y元素对其组织和力学性能的影响。结果表明：在Mg-14Al-5Si合金中分别添加0.5%、0.8%、1.0%和1.5%(质量分数,下同)的Y元素,使合金中的Mg₂Si相由粗大的树枝状变为多边形和圆形,共晶β-Mg₁₇Al₁₂相由粗大的连续网格状变为细小的网格状和孤岛状。Y的添加量为1.0%时改性效果最佳,Mg₂Si相的平均尺寸由42.21 µm减小到8.15 µm,此时合金的力学性能最佳,硬度为135 HB,抗拉强度为147 MPa,屈服强度为76 MPa,伸长率为5.04％。在Y的添加量为1.5%的合金中发现白色块状的Mg-Si-Y化合物。Y元素能促进Mg₂Si相形核、抑制其各向异性生长,并在β-Mg₁₇Al₁₂相的生长前沿偏析形成过冷结构,抑制其生长。     

硅化镁还原CO2一步原位合成Si/C复合负极

硅碳(Si/C)负极被认为是高能量密度锂离子电池的首选负极材料,本文提出了一种利用Mg₂Si一步还原CO₂原位制备硅碳复合材料的新方法,研究了Ar∶CO₂混合气体积比和反应温度等关键工艺对Si/C负极材料微结构和电化学性能的影响。研究发现,该方法原位合成的Si/C颗粒尺寸为几百纳米,晶态硅和无定形碳相互交织、分布均匀。当反应温度为700℃、Ar∶CO₂=7∶1时合成的Si/C复合材料作为锂离子电池负极材料时,在0.2 A/g的电流密度下,500个循环后仍有1134 mA·h/g可逆容量。本文利用温室气体CO₂来制备储能用Si/C复合负极材料,既能实现变废为宝,同时该方法合成工艺简便,容易工业化实施,具有商业化开发的潜力。      

凝固条件对Al-Si复合材料中共晶Si形貌的影响

为了优化压铸态Al2O3f／Al—15Si复合材料中Si相组织，利用金相和SEM分析了Al—15Si合金和Al2O3f/Al—15Si复合材料中Si相在不同冷却方式下的形貌特征．结果表明：压铸态和重熔后炉冷态的Al—15Si合金中共晶Si均为片状，而Al2O3f／Al—15Si复合材料内共晶Si由片状转变为棒状；Al2O3f／Al—15Si复合材料750℃重熔后在水淬、模具中冷却和炉冷冷却条件下分别获得了细小变质态、针状及棒状等形态的Si相；炉冷处理可作为优化压铸态复合材料组织的一种途径．     

Microstructure and mechanical properties of Al–Si cast alloy with additions of Zr–V–Ti

The microstructure and tensile properties at temperatures up to 300 °C of an experimental Al–7Si–1Cu–0.5Mg (wt.%) cast alloy with additions of Ti, V and Zr were assessed and compared with those of the commercial A380 grade. The microstructure of both alloys consisted of Al dendrites surrounded by Al–Si eutectic containing, within its structure, the ternary Al–Al₂Cu–Si phase. Whereas the Al₁₅(FeCrMn)₃Si₂ phases were present in the A380 alloy, Ti/Zr/V together with Al and Si phases, Al(ZrTiV)Si, were identified in the experimental alloy. As a result of chemistry modification the experimental alloy achieved from 20% to 40% higher strength and from 1.5 to 5 times higher ductility than the A380 reference grade. The role of chemistry in improving the alloy thermal stability is discussed.     

高能超声对Mg2 Si / AZ91D 复合材料的影响

为改善原位颗粒增强镁基复合材料的性能,采用原位合成技术制备了Mg2Si/AZ91D复合材料,通过在熔体中施加高能超声,研究了超声时间和超声功率对复合材料组织性能的影响.结果表明:随着超声时间的延长或超声功率的增大,复合材料中粗大的汉字状Mg2Si相变得细小、分布均匀,同时细小分布均匀的球化状β-Mg17Al12相增多;超声时间为6 min、超声功率为1.2 kW时,组织中呈短棒状的Mg2Si颗粒和球化状β-Mg17Al12相分布均匀,且复合材料的抗拉强度和伸长率达到最大,分别为220.5 MPa和2.6%,较未施加超声的复合材料试样提高了22.3%和38.9%;再延长处理时间或增大输出功率,组织有粗化的趋势,复合材料的抗拉性能及伸长率也呈现先升后降趋势.     

Effect of precipitates on properties of cold-rolled Al–Mg–Si–Sc–Zr alloy with higher temperature aging

The aging hardening behaviours of the cold-rolled Al–Mg–Si–Sc–Zr alloy were investigated. The microstructure, hardness and electrical conductivity (EC) of the Al–Mg–Si–Sc–Zr alloy were measured. The relationship between the microstructure and the properties of the Al–Mg–Si–Sc–Zr alloy with cold-rolling and aging processes was studied. The result shows that the addition of Sc and Zr elements significantly refines the grains of the Al–Mg–Si alloy during casting. The cold rolling promotes the Al–Sc(Zr) precipitation. The precipitate strengthening increases with increasing roll reduction. The EC of the cold rolling?+?aging Al–Mg–Si–Sc–Zr alloy increases with increasing rolling reductions. The combination effects of the precipitation hardening and DRX softening during the aging process lead to the similar peak hardness values of around 70?HV of the rolled Al–Mg–Si–Sc–Zr alloy with the different reductions.     

Mg2Si／Si异质结的制备

采用射频磁控溅射和低真空退火方法制备Mg2Si／Si异质结,首先在n型Si（111）衬底上沉积Mg膜,经低真空退火形成Mg2Si／Si异质结,Mg膜厚度约为484nm,退火后形成的Mg2Si薄膜厚度约400nto,利用xRD和sEM分别研究了Mg2Si薄膜的晶体结构和表面形貌,霍尔效应结果表明,制备的Mg2Si薄膜呈现n型导电特性。     

添加元素对Mg-3Si合金组织影响

采用扫描电镜、X射线衍射对合金组织进行观察,研究在Mg-3Si(质量分数/%,下同)合金陆续添加Zn,Nd,Gd,Y元素后微观组织演变规律。结果表明:Mg-3Si合金中Mg_2Si粒子具有初生和共晶两种明显不同的形貌;添加3%Zn元素后的Mg-3.0Si-3.0Zn合金中,初生Mg_2Si粒子粗化,共晶Mg_2Si粒子完全消失;在Mg-2.0Nd-3.0Zn-3.0Si合金中,Nd元素的加入能有效地细化初生Mg_2Si粒子并生成少量的Mg_(41)Nd_5粒子;继续添加Gd,Y元素后,在Mg-8.0Gd-4.0Y-2.0Nd-3.0Zn-3.0Si合金中的Gd_5Si_3和YSi等粒子急剧增加而Mg_2Si粒子含量大大减少。通过Thermo-Calc热力学软件的热力学计算表明:Gd_5Si_3,YSi的吉布斯自由能低,Gd,Y原子与Si更容易形成化合物。在Mg-8Gd-4Y-2Nd-3Zn-3Si合金中,Gd_5Si_3,YSi,Mg_2Si三种化合物的室温吉布斯自由能分别为-9.56×10~4,-8.72×10~4,-2.83×10~4J/mol,粒子的质量分数分别为8.07%,5.27%,1.40%。     

无压浸渗制备的SiC/Al复合材料的微观组织研究

利用SRD,OM,SEM,TEM等微观结构分析手段,对无压浸渗制备的SiCp/Al复合材料的微观结构进行了研究。结果表明,SiCp/Al复合材料中存在SiC,Al,MgAl2O4,Si和Mgi2Si诸相。在组织中没有粗大的铝硅共晶体针条,铝基体被众多SiC颗粒分割,成为细小的连续的空间网络。在铝基体中分布着Si相及Mg2Si相。透射电子显微镜高分辨像表明,在SiC与铝合金的界面上存在镁铝尖晶石（MgAl2O4）相,没有出现Al4C3相。     

Geopolymerization reaction,microstructure and simulation of metakaolin-based geopolymers at extended Si/Al ratios

Metakaolin-based geopolymers were synthesized at Si/Al ratios of 1:1, 1.5:1, 2:1, 3:1, 4:1, and 5:1 by using silica fume as silica corrector to alter Si ratios. The microstructure and strength of these geopolymers were characterized through XRD, SEM, NMR and compressive strength measurements. The dissolving rates of Al and Si species in geopolymerization were measured, and freeze-dried N-A-S-H gel was characterized by FTIR spectra. Modelling and simulation were employed to calculate the binding energy of one Si atom and the total energy of geopolymers formed at various Si/Al ratios. At Si/Al ratio of 2:1, high concentrations of Si and Al species are dissolved from precursors, high contents of Si-O-T linkages are formed and the geopolymer is of high compressive strength. The mechanical strength of geopolymers at various Si/Al ratios is dependent on the formation of N-A-S-H gel, rather than the zeolitic nuclei or silicate derivatives. This study might provide fundamentals for the geopolymerization of mine tailings, which usually possess high Si/Al ratios.     

Formation of intermetallic compounds in the Cr–Al–Si ternary system

The microstructure and composition of binary and ternary intermetallics have been studied in ternary diffusion couples of Cr and an Al–Si eutectic alloy. The ternary intermetallic always formed in the liquid part of the diffusion couple as a dendritic structure. Two intermetallics compounds, CrSi₂ and Cr₅Si₃, of the Cr–Si binary system have been observed. The CrSi₂ intermetallic has a high solubility of up to 20 at.% Al and forms as faceted plates. A number of intermetallics, namely, CrAl₇, Cr₂Al₁₁, CrAl₄, Cr₄Al₉, Cr₅Al₈ and Cr₂Al, of the Cr–Al system have been observed. The solubility of Si varies from as low as 0.8 at.% in Cr₂Al to as high as 9 at.% in Cr₄Al₉. A schematic of the reaction scheme of the Cr–Al–Si system is presented. This has been based on the observed microstructure and composition of phases.     

Al／Cu／Mg扩散偶相界面的扩散机理

采用铆钉法制备了Al／Cu／Mg三元扩散偶,在真空炉进行扩散反应,利用SEM背散射电子像和微区电子探针分析,研究了扩散反应层的特征。在450℃下,Al／Cu／Mg三元扩散偶的三元交界处生成了五个三元化合物：Al6CuMg4,Al7Cu3Mg6,Al2CuMg,Al5Cu6Mg2和Cu5Al3。