镍铝青铜合金海水腐蚀行为研究进展

如何提高镍铝青铜的综合性能,尤其是在更苛刻海水环境条件下的耐腐蚀性能,成为亟待解决的问题。本文针对镍铝青铜合金的腐蚀特点、影响因素、提高耐蚀性的方法等进行了系统讨论,分析了存在的问题,提出了相应的解决途径,并对其未来的研究发展方向进行了展望。     

镍铝青铜合金(NAB)的研究进展

使用旁路分流熔化极惰性气体保护焊(bypass current metal inert gas welding,BC-MIG焊)在水冷条件下增材制造镍铝青铜(nickel aluminum bronze,NAB)和25号钢复合结构,以评估异种金属增材制造的可行性. 通过光学显微镜、扫描电子显微镜、万能试验机和硬度测试仪研究了热处理前后复合结构的微观组织和力学性能的影响. 通过X射线衍射仪研究了界面附近残余应力,结果表明,在BC-MIG焊的低热输入和水冷的高冷却速率下,结构件表面成形良好且自由变形较小,接头未发现缺陷和裂纹. 热处理促进了Cu, Fe元素的相互扩散,扩散层由4 μm提高到了17 μm,但界面没有形成Fe-Al金属间化合物层. 在水冷条件下,钢的残余应力分布在−350 ~ −250 MPa之间,而NAB的残余应力差异较大,在−550 ~ 90 MPa之间. 拉伸试验结果表明,热处理后,由于残余应力降低,结构的抗拉强度略微降低,但断后伸长率明显提高.     

锆和锶对铸态镍铝青铜组织与性能的影响

借助显微硬度计、光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射分析、腐蚀实验和拉伸测试等手段,研究了锆、锶复合微合金化铸态镍铝青铜的硬度、组织、耐蚀性能和力学性能。结果表明:与未微合金化铸态镍铝青铜(Cu-8.87Al-5.22Fe-4.48Ni-1.08Mn-0.53Zn)相比,锆、锶复合微合金化铸态镍铝青铜(Cu-9.86Al-5.84Fe-4.46Ni-1.03Mn-0.6Zn-0.048Zr-0.03Sr)的相组成没有显著变化,都由α相、β相、γ2相和κ相组成。但是微合金化镍铝青铜的α相和κIV相显著细化,共析组织(α相+κIII相)也大幅细化,合金硬度从212.1 HV提高到216 HV。由于腐蚀优先发生在共析区域内,而共析组织的细化降低了其产生连续腐蚀通道的概率,促进了合金的均匀腐蚀性能和电化学腐蚀性能的全面提高(在3.5%Na Cl水溶液中均匀腐蚀速率和电化学腐蚀速率分别降低2.9%和49.6%);晶粒细化和颗粒弥散强化提高了微合金化镍铝青铜的力学性能,其抗拉强度和屈服强度分别提高到676.6 MPa和260.3 MPa(分别提高4.06%和4.07%)。     

新型镍铝青铜合金组织研究

采用金相显微镜、电子扫描显微镜和能谱分析仪分析了新型镍铝青铜合金的铸态组织,并对经不同热处理后的金相组织进行对比分析.实验结果表明:铸态合金组织主要由a相和K相组成:在850～900℃进行热处理,合金可以获得较好的综合力学性能.     

钪、锆和锶复合微合金化铸态镍铝青铜的显微组织与性能

采用硬度测试、金相观察、扫描电镜、能谱分析及腐蚀和摩擦实验的方法,研究钪、锆和锶对铸态镍铝青铜的硬度、组织、耐腐蚀性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明:与未微合金化铸态镍铝青铜(Cu-8.57Al-5.3Fe-4.6Ni-1.07Mn-0.63Zn)相比,钪、锆和锶复合微合金化铸态镍铝青铜(Cu-9.97Al-5.4Fe-4.52Ni-1.05Mn-0.62Zn-0.045Zr-0.029Sr-0.057Sc)的相组成没有显著变化,都由α相、β相(高温相)和κ相组成,且各相均显著细化,合金硬度从212.1HV提高到240.7HV;由于组织细化,合金内优先发生腐蚀的共析组织(α+κⅢ相),其腐蚀通道产生概率降低,从而在3.5%NaCl水溶液中的均匀腐蚀和电化学腐蚀速率分别降低了.2%和17.8%(微合金化后的腐蚀速率分别为0.023 mm/a和0.231 mm/a);摩擦因数降低了23.4%(微合金化后的摩擦因数为0.019 3)。     

退火对镍铝青铜合金组织和性能的影响

利用光学显微镜、X射线衍射仪和显微硬度测试等方法研究了退火工艺对镍铝青铜合金组织和性能的影响.结果表明:经1020℃×16h均匀化退火后,镍铝青铜铸态组织中的粗大枝晶消失;锻造后发生了显著的再结晶,并有NiAl和FeAl相析出,再经950℃×1h退火获得了细小均匀的显微组织,有利于合金的后续加工.     

镍铝青铜组织在热处理过程中的演变规律

采用SEM、OM、XRD和力学性能测试,研究了镍铝青铜热处理前后的组织和性能。结果表明,镍铝青铜的铸态组织为α相和κ相,在850、900、950和1 000℃固溶2h后,合金的硬度先上升后下降,α相和κ相减少并生成马氏体型β′相。合金在900℃固溶2h后再经300、350、400、450、500、600和700℃时效后有明显的时效硬化。时效时间为1h时硬度达到峰值,500℃及以上温度时效后时效硬化现象消失。     

镍铝青铜合金中组织与布氏硬度关系的定量金相分析

基于定量金相分析方法研究了不同热处理后的镍铝青铜显微组织与布氏硬度的关系。重点分析了固溶温度和时效温度变化时,镍铝青铜软相与硬相比例、α相的平均晶粒尺寸与布氏硬度的定量关系。结果表明,针对挤制态的合金,当固溶温度在900～950℃范围变化时,合金布氏硬度对α相的尺寸和软硬相比例非常敏感,且满足特定的回归方程。当合金在不同温度下时效,时效温度对α相的尺寸和软硬相比例影响很小,不同时效温度下的合金布氏硬度变化主要受β’相分解的影响。     

高强度铝青铜合金锻造失效分析

采用扫描电镜对高强度铝青铜合金在锻造过程中出现的断裂现象进行了显微组织观察和失效分析。通过宏观断口分析和显微组织观察,发现合金中出现了角度为45°的裂纹和一些断裂区域。分析表明,高强度铝青铜合金在锻造过程中出现的断裂现象,主要是由于变形应力超过了合金的抗拉强度和合金中的K相形成了断裂的裂纹源,致使其发生了脆性断裂。     

时效温度对镍铝青铜合金的硬质相演变的影响

采用自行熔炼牌号为ZQAl10-4-4的镍铝青铜合金(Cu-10%Al-4.7%Ni-3.5%Fe-0.8%Mn),采用SEM、XRD、EDS、DSC、内耗测试、硬度测试、摩擦性能测试等分析手段,研究时效温度对合金中硬质相的演变规律以及合金力学性能的影响。结果表明:在450℃以上时效时,合金的硬质马氏体转变为较软的α相基体,并随着时效温度的升高而导致弥散分布的K相聚集长大,使合金的硬度降低、摩擦磨损量增加。合金在420~450℃这一时效温度区间,具有最佳显微硬度(约420 HV)和较好的耐磨性能。     

高强度铝青铜合金的研究进展

综述了高强度铝青铜合金的研究现状和最新进展。主要内容包括高强度铝青铜合金的特点;制备技术的发展;合金元素和热处理工艺对高强度铝青铜合金显微组织和性能影响等。     

离子镀铝青铜膜的XTEM研究

本文利用透射电镜对离子镀铝青铜膜进行横截面显微组织研究结果表明:整个膜层分为细等轴晶、细纤维状及柱状晶三种不同形态的生长区并且柱状晶主要以孪晶方式生长膜中存在NiAIl Cu_9Al_4合金相,与基体取向关系为:讨论了膜层成核和生长过程发现气相沉积膜层中存在生长条纹     

温轧高强韧镍铝青铜合金的组织与力学性能

通过形变量为75%的温轧形变热处理,制备了一种超细组织的QAl10-4-4镍铝青铜合金,研究其微观组织与力学性能。结果表明:经大变形温轧后,温轧后的镍铝青铜材料由超细层状(α+β′)双相组织以及细小的k相组成(其中α相为铜基固溶体、β′相为共析相变受阻产生的Cu₃Al基马氏体及Ni Al析出相、k相为Fe₃Al、NiAl等金属间化合物),合金的屈服强度由318 MPa提升至1020 MPa,抗拉强度由784 MPa提升至1104 MPa,具有7.8%的均匀伸长率并呈现良好的应变硬化能力。温轧镍铝青铜合金的高强度主要归因于位错强化、细晶强化以及温轧过程中诱发的纳米析出强化,而良好的塑韧性主要与超细的片层α相和β′相的应力应变协调有关。温轧形变热处理是制备高强韧镍铝青铜合金的一种有效方法。     

铁对高铝青铜合金摩擦磨损性能的影响

采用立式万能摩擦磨损试验机测定了不同Fe含量的高铝青铜在干摩擦条件下的摩擦磨损行为.结果表明:适量的Fe含量可细化铝青铜合金的组织,有效提高合金耐磨性.在低速低载的摩擦条件下,随Fe含量的增加,合金磨损量变化不大,摩擦系数较低.在中速中载摩擦条件下,磨损量先减少后增加,摩擦系数均小于低速低载条件下的摩擦系数.Fe含量为4％时,高铝青铜合金具有较好的耐磨性.     

镁合金表面激光制备镍铝青铜涂层

利用激光熔覆的方法在AZ31B镁合金表面制备镍铝青铜涂层,采用扫描电镜、X射线衍射仪和显微硬度仪对涂层的微观形貌、物相以及显微硬度进行分析,采用PS–168A型电化学测量系统对涂层以及母材进行电化学腐蚀性能测试。结果表明,涂层内白色基体上析出富Cr的玫瑰状和块状的K相,涂层的物相主要由FeAl3、Al3Ni、Ni、Cu、Cr等组成,涂层的显微硬度最高可达602 HV0.2,较母材的50 HV0.2提高了约11倍,涂层的腐蚀电位?1.02 V较母材的?1.49 V提高了0.47 V。     

加硼铝青铜的组织和性能

系统地研究了硼对Ｃｕ－Ａｌ合金的组织、力学性能、腐蚀和腐蚀磨损等性能的影响。实验结果表明，硼能细化Ｃｕ－Ａｌ合金的组织，提高强度和硬度，但塑性略有下降，抗选择性腐蚀和耐腐蚀磨损性能得到明显改善，对硼提高铝青铜的耐机理作了分析。     

铸造铝青铜显微组织的计算机辅助分析

针对传统金相定量分析中准确度低、速度慢的缺点,利用计算机图像处理技术对自主开发的一种铸造多元高铝青铜合金(代号HSWAB)的显微组织进行了分析与测量.主要包括系统构成、图像处理与分析的主要步骤、显微特征参数的测量和误差分析,并讨论了该研究领域的发展趋势.结果表明,利用计算机图像分析技术分析铝青铜显微组织方便、实用.该项技术的应用将为铝青铜材料的研究和应用提供分析的依据.     

镍-青铜合金激光熔覆成形工艺研究

利用激光熔覆成形技术制备镍-青铜合金,成形件表面平整无变形.显微组织为细小而致密的柱状晶.对不同激光功率、离焦量和供粉量条件下显微组织和显微硬度的变化进行了研究,确定了优化的工艺参数.显微硬度分布在160-180 HV0.2之间,能谱分析和X衍射分析表明成形件成分均匀无偏析.     

新型模具铝青铜合金材料的研制

进行了新型模具铝青铜合金材料的试制研究。结果表明，高铝（13％－15％Al)青铜合金中加入Fe、Mn、Ni、Co等多元合金，通过850－880℃油淬固溶＋580－600℃空冷时效处理，可以获得高强韧性β相中弥散分布有（α γ2）沉淀相＋k相的组织。其性能优于国家最高牌号QA110－3－1．5，是替代铁基合金材料制作拉伸、挤压模具的理想材料。