热镀锌用锌铝镁合金的制备及组织结构分析

锌铝镁合金镀层具有优异的耐腐蚀性能、较高的切口自愈性和成形性能,高纯度锌铝镁合金的生产制备成为了国内外大型钢企的研究热点。河南豫光锌业有限公司采用工频感应炉制备了Zn-2%Al-2%Mg及Zn-5%Al-5%Mg两种热镀锌用锌铝镁合金,对其组织结构及成分偏析进行分析,表明合金组织呈均匀弥散分布,且无夹杂、氧化物存在; Zn-2%Al-2%Mg凝固组织主要由初生Zn相、Zn/MgZn_2二元共晶组织和Zn/MgZn_2/Al三元共晶组织组成; Zn-5%Al-5%Mg凝固组织中出现较多粗大的Al/MgZn_2二元共晶体和粗大的Mg_2Zn_(11)相。对Zn-2%Al-2%Mg进行重熔实验,结果表明重熔后无氧化渣存在;通过对合金锭横向及纵向进行取样分析,发现铝、镁横向偏析较小,纵向偏析在0.1%左右。本文对此次锌铝镁合金制备试验的详细过程及工艺参数进行了阐述,以期为相关研究人员提供参考。     

Mg,Si对热浸镀Zn-22.3Al合金凝固组织及耐蚀性的影响

通过添加少量Si元素配制了Zn-22.3Al-xSi(x=0,0.7,1.1,1.4,1.8,3.8)熔池及添加少量的Mg元素配制了Zn-22.3Al-1.1Si-yMg(y=0,0.2,0.4,0.6)熔池。在热浸镀后加工相应的合金试样,对合金试样进行盐雾实验和电化学实验,应用扫描电镜/能谱仪(SEM/EDS)、X射线衍射(XRD)分析等方法,研究了硅、镁对热浸镀Zn-22.3Al合金凝固组织及耐蚀性能的影响。实验发现,Zn-22.3Al-xSi合金凝固组织由η-Zn相、α-Al相、锌铝共析组织及铝硅共晶组织组成。硅的加入,明显改善了组织分布的均匀性。但是当硅含量超过1.1%时,凝固组织中开始析出块状硅,并随硅含量增加而增多。镁、硅的协同作用使得热浸镀Zn-22.3Al-1.1Si-yMg合金凝固组织中开始出现Zn/Al/Mg_2Zn_(11)三元共晶组织,随着镁含量的增加,锌铝共析组织不断增多,α-Al相、η-Zn相数量减少,尺寸增大;与此同时,Zn/Al/Mg_2Zn_(11)三元共晶组织数量也不断增多。当合金中镁含量达到0.6%时,凝固组织中出现了少量的Zn/Al/MgZn_2三元共晶,且铝硅共晶的尺寸稍有增大。随着镁含量的增加,腐蚀速率逐渐降低,即合金的耐蚀性能逐渐提高。     

Mg对Zn--11%Al合金镀层凝固组织及合金层生长的影响

将工业纯铁分别在510℃的Zn-11% Al、Zn-11% Al-1.5% Mg、Zn-11% Al-3% Mg和Zn-11% Al-4.5% Mg合金熔池中进行不同时间的热浸镀,使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪等仪器设备,研究Mg含量对Zn-11% Al合金镀层凝固组织和镀层中Fe-Al合金层生长的影响.结果表明:Zn-11% Al合金镀层凝固组织由富Al相和Zn/Al二元共晶组成;随着Zn-11% Al-x% Mg合金中Mg含量的增加,合金镀层的凝固组织中逐渐出现Zn/Al/MgZn₂三元共晶、块状MgZn₂相和Al/MgZn₂二元共晶.四种合金镀层中合金层主要由Fe₂Al₅Zn_x和FeAl₃Zn_x相组成,合金层的厚度随浸镀时间的增加而增加,Mg含量的增加使Fe-Al合金层生长速率指数和生长速率降低.在Zn-11% Al合金镀层中Fe-Al合金层形成的初期,可形成致密稳定的Fe-Al化合物层;热浸镀120 s后,扩散通道的移动使Fe-Al化合物层失稳破裂.Zn-11% Al-x% Mg合金中Mg元素可明显推迟液Zn进入镀层中Fe-Al合金层的时间,使Fe-Al合金层更加稳定和致密.      

两步法变质处理Zn-6Al合金的显微组织和力学性能研究

采用Al-5Ti-B对Zn-6Al合金进行两步法变质处理，运用扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）和万能试验机分析测试了变质处理前后Zn-6Al合金的凝固组织和力学性能。结果表明：当加入0.50%的Al-5Ti-B时，随着高温变质熔体占比的增加，Zn-6Al合金中初生β-Al相面积分数不断增加，共晶组织层片间距先减小再增加；Zn-6Al合金的抗拉强度与屈服强度不断增加，延伸率先增加后降低；当高温变质熔体与低温熔体质量比为2∶3时，Zn-6Al合金的综合力学性能最佳。当高温变质熔体与低温熔体质量比为2∶3时，随着Al-5Ti-B加入量的增加，Zn-6Al合金中初生β-Al相面积分数、抗拉强度、屈服强度和延伸率呈现先增加再降低的变化趋势，共晶组织则呈现先细化再粗化的变化趋势。与未进行变质处理的Zn-6Al合金相比，当高温变质熔体与低温熔体质量比为2∶3和Al-5Ti-B加入量为0.75%时，Zn-6Al合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别增加24%, 13%和118%。采用Al-5Ti-B对Zn-6Al合金进行两步法变质处理，可明显提高Zn-6Al合金的综合力学性能。     

铝对复杂黄铜组织及性能的影响

用光学显微镜(OM)、硬度(HV)和万能试验机对添加不同铝含量(1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%)的复杂黄铜(Cu-22.7Zn-Al-1.0Ni)组织与性能进行了研究.研究结果显示,铝能使合金α相区显著缩小、β相区增加,并起到细化α相、β相的作用,提高合金的抗拉强度、硬度.合金的机械性能随铝含量增加,其抗拉强度和屈服强度提高,而延伸率和冲击韧性下降,当铝含量为3.0%时,0.2 mm Y态板材硬度达到255 HV、抗拉强度达到820 MPa.     

铸态镁合金Mg-xZn-0.5Y-0.5Zr热裂缺陷研究

通过自制的"T"字形模具研究了不同配比的Zn对Mg-xZn-0.5Y-0.5Zr(x=1.5,2.5,3.5 and 4.5(%,质量分数))系合金热裂敏感性的影响。通过对"T"型试样热节处宏观热裂纹的观察以及石蜡渗透法测定的裂纹的体积来表征其热裂倾向性大小。此外采用扫描电镜(SEM)进行合金的组织形貌微观分析和裂纹自由断口表面观察,并利用X射线衍射(XRD)及投射电镜(TEM)等实验手段对其进行物相分析,确定其低熔点相主要组成,进而研究对热裂缺陷的影响。整个熔炼浇注过程利用A/D数模转换器对凝固过程进行了温度-应力采集。结果表明,MgxZn-0.5Y-0.5Zr合金的主要相组成为α-Mg,W相(Mg_3Zn_3Y_2)及I相(Mg_3Zn_6Y),随着Zn含量从1.5%增加到4.5%,低熔点析出相含量明显增多,提高了枝晶间残余液相的补缩能力,有效的防止了裂纹的萌生和扩展,当Zn含量较低时,液膜理论和凝固收缩补偿理论是诠释热裂纹萌生的主要理论基础。随着Zn含量的增加,残余液相的充分补偿,桥接理论是热裂形成的主要机理。此系合金热裂敏感性由大到小顺序为Mg-1.5Zn-0.5Y-0.5Zr,Mg-2.5Zn-0.5Y-0.5Zr,Mg-3.5Zn-0.5Y-0.5Zr,Mg-4.5Zn-0.5Y-0.5Zr。     

镁对GCr15轴承钢中氧化铝夹杂的变质行为

计算了Mg对GCr15轴承钢中Al2O3夹杂物进行变质的热力学条件,得出当[Als]为0.03%时,钢中存在2.0×10-6%Mg即能对Al2O3夹杂起变质作用,生成MgO·Al2O3.通过MoSi2电阻炉对1kg轴承钢水插入1g含16.55%Mg的镁铝合金粉,试验Mg对Al2O3夹杂的变质效果.实验结果表明,加Mg后,钢中≥10μm Al2O3夹杂转变成细小、球形镁铝尖晶石夹杂,其中≤5μm夹杂占99.46%,其余为5～10 μm夹杂.     

稀土元素Sm对Mg-Zn-Y合金组织结构和力学性能的影响

制备了Mg-6Zn-1.5Y-0.8Zr-xSm(x=0,1,2,3)系列合金,研究了稀土元素Sm对Mg-6Zn-1.5Y-0.8Zr合金组织结构和力学性能的影响.通过金相显微镜、扫描电镜、EDS、XRD等观察和分析了合金的微观形貌和组织结构,测量了合金抗拉强度、屈服强度和伸长率等力学性能.结果表明:合金中添加稀土元素Sm后晶粒有了明显的细化,随着Sm元素含量的增加,晶粒细化效果更为明显;通过XRD分析,添加Sm元素后,合金中并没有出现新的含Sm的物相,通过扫描电镜和EDS分析表明,合金中加入的Sm置换了部分Y,形成了Mg3( SmY)2 Zn3,Mg3( SmY) Zn6的相结构,Sm元素对Y的置换主要出现在Mg3( SmY) Zn6结构当中,在Mg3 (SmY) Zn6相结构出现较少;力学性能测试结果表明,随着Sm含量增多,合金晶粒细化,细晶强化作用明显,合金屈服强度逐渐增大,而抗拉强度和伸长率在Sm含量为2％时达到最大,比未添加Sm元素时提高约15％以上.     

锌铝池中Si含量对渣相形成的影响

采用Thermo-Calc软件分别计算硅在不同温度Zn-50%Al-xFe-ySi(原子数分数)熔池液相中的溶解度及不同温度Zn-30%Al-2%Fe-xSi(质量分数)熔池中开始形成τ₅渣相和FeAl₃渣相消失时该熔池中硅含量,采用平衡合金法测定Zn-50%Al-xFe-ySi合金液相中硅的溶解度和不同硅含量的Zn-30%Al-2%Fe-xSi合金的相平衡关系.当温度分别为540、560、580、600和620℃时,硅在Zn-50%Al-xFe-ySi体系液相中的溶解度(原子数分数)计算值分别为0.82%、0.95%、1.11%、1.28%和1.47%,实验结果与计算结果吻合很好.当熔池温度分别为580、600和620℃时,在Zn-30%Al-2%Fe-xSi合金中刚开始出现τ₅相时所对应硅质量分数的计算值分别为0.6%、0.72%和0.84%,发生FeAl₃相消失对应的锌池中硅质量分数的计算值分别为1.12%、1.22%和1.34%,实验结果与计算预测结果基本一致.      

铝锂合金高强化成分设计

总结了铝锂合金高强化成分设计的发展过程,综合了课题组主合金元素Cu、Li含量,微合金元素Mg、Ag、Zn及稀土(RE)元素等对Al-Cu-Li系铝锂合金力学性能及析出相影响规律的研究结果。铝锂合金中Cu/Li比例较低时有利于时效时δ′相(Al3Li)析出,但不利于强度的提高;而Cu/Li比增加则有利于时效时T1相(Al2CuLi)及θ′相(Al2Cu)析出,从而有效提高铝锂合金的强度。微合金化元素Mg能有效促进T1相形核析出,加速铝锂合金时效响应速度,提高T1相析出密度,进而提高铝锂合金强度;Mg+Ag及Mg+Zn复合添加能进一步促进T1相析出,提高T1相分布密度;Mg+Ag+Zn三元复合微合金化具有最好的促进T1相形核析出及提高铝锂合金强度的效果。在高Cu/Li比铝锂合金中添加微量RE元素将导致时效时含Cu强化相T1相及θ′相减少,降低铝锂合金强度。铝锂合金高强化成分设计的思路应是在Mg、Mg+Ag、Mg+Zn或Mg+Ag+Zn微合金化基础上,提高Cu+Li总量并保持较高Cu/Li比。     

一种高硬度铸造镁合金

设计了一种成分(质量分数/%)为Mg-8Zn-6Al-3Cu-3Ca-1.5Mn-1Si的合金,利用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射和维氏硬度计研究了自然冷却、快速冷却及时效处理对合金显微组织和硬度的影响.Mg-8Zn-6Al-3Cu-3Ca-1.5Mn-1Si合金慢冷组织主要由α-Mg、Mg2Cu6Al5、CaMgSi、Mg2Zn3等相构成,没有出现Mg17Al12相.合金经快冷后,抑制了第二相从基体中的析出;时效10 h后,CaMgSi相以细小的块状相均匀析出.合金具有较高的硬度值,在时效时间10 h时最大HV值达到111.     

AZ31Mg/6061Al超声波焊接及其界面性能分析

镁和铝合金在现代工业中应用越来越广泛,但是其焊接性能差。超声波焊接作为一种固态连接方法在焊接镁铝异质合金方面具有其优越性。研究不同焊接工艺参数组合对AZ31Mg/6061Al异质合金超声波焊接界面性能的影响机制。采用正交试验结合回归分析建立回归方程并优化设计AZ31Mg/6061Al异质合金超声波焊接参数;利用显微硬度计、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、 X射线衍射仪(XRD)和3D景深显微分析等研究了接头的界面反应行为和结合性能。结果表明:在最佳参数下(功率WP=1400 W,时间t=700 ms,压力WF=1145.11 N)接头实现有效结合,连接面出现机械互锁并伴有少量不连续的金属间化合物(IMC)层,拉伸时失效形式为具有一定延性的Al侧断裂,拉剪力达1007 N;在高频振动和高应变率作用下加速了界面元素的互扩散速率;当焊接参数为功率WP=1600 W,时间t=900 ms,压力WF=1145.11 N时IMC层厚度达23μm;这种连续的IMC层由Al_(12)Mg_(17)和Al_3Mg_2两种脆性相组成,析出顺序为Al_(12)Mg_(17), Al_3Mg_2,其中Al_3Mg_2具有更快的长大速度。IMC层是降低Mg/Al异质接头综合机械性能的主要因素。     

Influence of high pressure during solidification on the microstructure and strength of Mg-Zn-Y alloys

The effect of high pressure during solidification on the microstructure and mechanical property of Mg-6Zn-1Y and Mg-6Zn-3Y was investigated using optical microscopy, scanning electronic microscopy, X-ray diffraction(XRD) and Vickers-hardness testing. Under atmospheric-pressure solidification, Mg-6Zn-1Y consisted of α-Mg, Mg7Zn3 and Mg_3YZn_6; whilst Mg-6Zn-3Y consisted of α-Mg, Mg_3Y_2Zn_3 and Mg_3YZn_6. Under 6 GPa high-pressure solidification, both alloy consisted of α-Mg, MgZ n and Mg12 YZn. The shape of the main second phase changed from a lamellar structure formed for atmospheric-pressure solidification to small particles formed for solidification at 6 GPa pressure. The dendrite microstructure was refined and was more regular, and the length of the primary dendrite arm increased under 6 GPa high-pressure solidification, which was attributed to increasing thermal undercooling, compositional undercooling and kinetics undercooling. After solidification at 6 GPa pressure, the solid solubility of Y in the second phase and the Vickers-hardness increased from 15 wt.% and 69 MPa for Mg-6Zn-1Y to 49 wt.% and 97 MPa; and from 19 wt.% and 71 MPa for Mg-6Zn-3Y alloy to 20 wt.% and 92 MPa, respectively.     

固溶温度对Mg-6Sn-3Al-Zn合金的组织和力学性能的影响

Mg-6Sn-3Al-Zn合金分别在300℃、350℃、400℃、450℃下固溶8h,利用金相显微镜(OM),X射线衍射仪(XRD)等检测手段进行微观组织分析,利用万能测试机测定力学性能。结果表明,铸态Mg-6Sn-3Al-Zn合金主要由α-Mg基体、Mg_2Sn相组成,当固溶温度从300℃增加到400℃时,铸态Mg-6Sn-3Al-Zn合金组织中的Mg_2Sn相逐渐变得粗大,抗拉强度,屈服强度增强,由于析出相Mg_2Sn是硬淬相,因此在300℃到400℃之间,延伸率上升并不明显,450℃固溶8h,固溶效果好,Mg_2Sn相基本固溶到α-Mg基体当中,Mg2Sn相变得细小并呈弥散分布,导致延伸率快速升高,而力学性能由抗拉强度和屈服强度决定,弥散分布恰好能弥补这一缺陷。     

医用Zn-1.5Mg合金的组织与性能研究

研究了医用Zn-1.5Mg合金的微观组织变化,探讨了其对力学性能的影响.对铸态、均匀化处理和轧制态Zn-1.5Mg合金的微观组织进行了表征,分析了合金的相组成.选取变形量为49%和73%的轧制态Zn-1.5Mg合金,在模拟体液中分别浸泡1、2、4、8、14、22、32天,统计了腐蚀速率的变化.结果表明:铸态Zn-1.5Mg合金的相组成主要为η-Zn相、Mg_2Zn_(11)相和MgZn_2相,均匀化处理后MgZn_2相消失.铸态Zn-1.5Mg合金均匀化后共晶组织的片层状形貌消失,显微组织变得更加均匀.经总压下量73%轧制变形后,枝晶细化.轧制后的浸泡实验显示,样品浸泡4天后腐蚀速率基本保持在0.2 mm/a左右,电化学实验显示两种轧态试样腐蚀电压在-0.9 V左右.     

真空压铸工艺下Mg对AlMgFe合金组织及力学性能的影响

对汽车用非热处理型高延性压铸AlMg_4Fe_2合金微观组织和力学性能进行了研究,结果表明AlMg_4Fe_2压铸合金组织包括:原始枝晶、颗粒状的α-Al晶粒、Al-Mg共晶区和细小的针状Al_3Fe或汉字状Al_6Fe共晶体,未发现粗大的β-AlFeSi相,可见这样的组织结构有利于提高合金的力学强度和延伸率。通过控制合金Mg含量分别为4.5%和6.5%时,发现Mg含量严重影响屈服强度和延伸率,Mg含量越高,屈服强度越高而延伸率越低。当Mg含量低至4.5%时,合金屈服强度低至123MPa,但延伸率高达10.6%;当Mg含量高达6.5%时,合金屈服强度剧增到152MPa,而延伸率下降至7.1%,相比于Mg含量为4.5%的合金,屈服强增加了23%,但延伸率降低了33%。     

Mg/Sn比对Al-Ga合金组织与性能的影响

Al-Ga合金的可降解性使其在油气田开发中具有潜在应用价值,但其存在强度低、成本高等缺点。可控的降解速率、适宜的抗压强度和低廉的成本是Al-Ga合金用于工程器件的必由之路。采用电炉熔炼制备了不同Mg/Sn比值的多元Al-Mg-Sn-Ga合金,并通过X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)、维氏硬度计和电子式万能试验机对其组织结构和性能进行了研究。结果表明:Al-Mg-Sn-Ga合金主要有铝基体相和Mg_2Sn相。随Mg/Sn比值的增加, Mg_2Sn含量逐渐增多, Mg_2Sn形态由不规则块状向十字绣状转变;当Mg/Sn比值大于2/1后出现Al_3Mg_2相。同时, Al-Mg-Sn-Ga合金中Mg/Sn比值从1/4增加到3/1,其硬度从HV 64.9提升到HV 152,其抗压强度从382 MPa提高到540 MPa。     

Mg_2Si含量对6061铝合金组织和力学性能的影响

通过扫描电镜/能谱、金相显微镜分析及力学性能测试,研究了Mg_2Si对6061铝合金热处理前后组织和力学性能的影响。结果表明:铸态组织中,Mg_2Si主要以短棒状和长条状的结晶相的形式存在,随着Mg、Si元素的增多,长条状的Mg_2Si结晶相在晶界处连续分布;Mg_2Si含量低于1.80%时,基本能在均匀化处理中完全回溶,超过1.80%时,Mg_2Si形貌发生球化转变;当Mg_2Si含量为2.65%时,短棒状的Mg_2Si相比圆点状的Mg_2Si相造成更多Si的富集,在晶界处形成单质Si相;Mg_2Si含量为1.58%时,合金T6态具有最优的力学性能,抗拉强度、屈服强度、延伸率分别为σ_b=348 MPa,σ_(0.2)=310 MPa,δ=3.0%;Mg_2Si含量的提高并不能进一步提升合金的强度,延伸率反而随之下降。     

Nd对喷射成形Mg-9Al-3Zn-6.5Ca-0.6Mn镁合金组织及力学性能的影响

利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM & EDS)和X-ray衍射分析仪等研究了Nd对喷射成形Mg-9Al-3Zn-6.5Ca-0.6 Mn镁合金组织及力学性能的影响.喷射沉积坯晶粒细小,以α-Mg、Al2Ca和Ca2Mg6Zn3为主要物相.挤压后以α-Mg、Al2Ca和MgZn2为主要物相.加入Nd主要形成Al3Nd相,新相成片状;当Nd含量为2%时,挤压态合金的力学性能最佳,伸长率无明显变化,拉伸断口基本上为断裂,有少量的韧窝.     

机械合金化MlNi_(3.55)Co_(0.75)Mn_(0.4)Al_(0.3)/Mg复合储氢合金的相结构和电化学性能

采用机械合金化法制备了MlNi3.55Co0.75Mn0.4Al0.3+x%Mg(Ml=富镧混合稀土;x=3,5,7,10)复合储氢合金。利用X射线衍射和电化学测试方法对MlNi3.55Co0.75Mn0.4Al0.3铸态合金和MlNi3.55Co0.75Mn0.4Al0.3/Mg复合合金的相结构和电化学性能进行了研究。X射线衍射结果发现,MlNi3.55Co0.75Mn0.4Al0.3合金由单一的La Ni5相组成。而MlNi3.55Co0.75Mn0.4Al0.3/Mg复合合金由La Ni5主相和小量的(La,Mg)2Ni3相组成,且合金中(La,Mg)2Ni3相的含量随镁含量x的增大而增多。此外,当复合合金中镁含量较多(x=10)时,复合合金有非晶化的趋势。电化学性能测试结果发现,当添加镁含量较少(x≤7)时,合金的最大放电容量、放电性能以及循环稳定性都好于MlNi3.55Co0.75Mn0.4Al0.3合金的相应性能,其中x=5时,合金的综合电化学性能最佳。合金电化学性能的改善得益于合金中形成恰当比例的La Ni5和(La,Mg)2Ni3相。