液-固体积比对消失模铸造Al/Cu双金属界面组织性能的影响

研究液-固体积比对消失模铸造Al/Cu双金属界面组织和性能的影响,并对Al/Cu双金属界面的形成机理进行讨论。结果表明:液-固体积比为3:1时Al/Cu双金属材料无法形成有效的冶金结合,当液-固体积比超过5:1时,Al/Cu双金属材料连接区域部分位置开始发生冶金结合;在发生冶金反应的情况下,Al/Cu双金属界面面均由Al₄Cu₉层,Al Cu层,Al₂Cu层和共晶反应层4层组成;随液-固体积比增大,由于凝固时间延长和铜基体的溶解增加的共同作用,共晶反应层组织出现先粗大后细化的变化。Al/Cu界面层的硬度在140～190HV之间,未呈明显的规律性,随着液-固体积比的增大,Al/Cu双金属材料的剪切强度先增加后减小,并在在7:1时达到最大值(81 MPa),且均从金属间化合物(IMCs)层发生断裂。     

Cu/Al复合带固-液铸轧复合界面演化（英文）

利用固-液铸轧复合(简称SLCRB)技术,在d160 mm×150 mm二辊实验铸轧机上制备Cu/Al复合带,并对其界面扩散层的反应程度、反应产物组成及显微组织演变规律进行SEM、EDS和XRD分析。结果表明,铸轧液相熔池内,液态铝液与铜带接触后在其表面形成初始渗铝层,界面成分主要为α(Al)+Cu Al2,且扩散层厚度在高温下逐渐生长变厚,最厚处约为10μm;进入低于kiss点的固相区后,扩散层在剧烈轧制延伸变形作用下破裂,界面两侧原始基材被挤出接触后形成新的复合界面,在铸轧出口处形成沿轧制方向弥散分布的CuAl_2、CuAl和Cu9Al4,扩散层平均厚度由10μm减薄至5μm且较为均匀。剥离和折弯性能测试结果表明,所制备的Cu/Al复合带剥离断裂面出现在Al基体侧,断口呈显著韧性断裂,试件经90°~180°折弯后未出现界面撕裂现象。研究成果为高效短流程制备Cu/Al复合带提供了工艺基础。     

Cu/Al固液连接界面组织演化的定量分析（英文）

采用固-液法快冷成型制备了Cu/Al整体材料。利用SEM,EDS,XRD等分析了Cu/Al界面的微观结构和相组成,基于扩散方程并结合相图定量分析了Cu/Al界面组织演化过程。结果表明:从Cu侧至Al侧,界面依次形成了区域Ⅰ(AlCu+Al_2Cu)混合组织,过共晶组织[Al_2Cu+(Al_2Cu+α-Al)]的区域Ⅱ和亚共晶组织[α-Al+(Al_2Cu+α-Al)]的区域Ⅲ;随着界面Cu浓度的变化,Al_2Cu相具有不同形貌;且各个区域厚度同理论值基本一致。     

液-固复合铸造AZ91D/0Cr19Ni9双金属复合材料的显微组织和力学性能（英文）

采用液-固复合铸造技术制备未经表面处理和经热浸镀铝表面处理的AZ91D/0Cr19Ni9双金属复合材料,研究铝涂层对AZ91D/0Cr19Ni9界面显微组织和力学性能的影响。结果表明:镁合金和裸钢0Cr19Ni9之间为机械结合,结合界面处存在一缝隙;而镁合金AZ91D和镀铝钢0Cr19Ni9之间形成冶金结合,且镁合金AZ91D/镀铝钢0Cr19Ni9界面可以分为两个不同的金属间化合物层:层Ⅰ主要由α-Mg+β-Mg_(17)Al_(12)共晶组织和少量的MgAl_2O_4相组成,层Ⅱ主要由Fe_2Al_5金属间化合物组成。此外,结合界面的硬度明显高于镁合金基体AZ91D的硬度,层Ⅰ和层Ⅱ的平均硬度分别为HV158和HV493。镁合金AZ91D/镀铝钢0Cr19Ni9界面的剪切强度高于镁合金AZ91D/裸钢0Cr19Ni9界面的剪切强度,这证明在液-固复合铸造过程中铝涂层能提高镁合金AZ91D和钢0Cr19Ni9之间的结合强度。     

提高复合挤压铸造Al/Al-Cu双金属宏观复合材料界面结合的新方法（英文）

开发一种简便的提高复合挤压铸造Al/Al-4.5wt.%Cu双金属复合材料界面结合的新方法,并研究该方法对此双金属的显微组织和力学性能的影响。在挤压铸造Al-4.5wt.%Cu的内表面机加工一种特殊的同心槽图案,利用ProCAST和ANSYS软件对双金属构件界面区域的传热、凝固和产生的应力分布进行数值模拟,并进行实验验证。模拟结果表明,表面沟槽尖端完全熔化,沿界面产生较大的局部应力梯度场,这会导致插入界面的氧化铝层破裂,促进双金属组分的扩散结合。显微组织表征证实双金属界面存在明显的过渡区。通过加工表面图案,双金属的平均过渡区厚度和抗拉强度分别显著增加到375μm和54MPa。因此,该方法是一种经济可行的复合挤压铸造铝-铝宏观复合双金属的方法,不需要提前对固体镶块进行任何成本和时间密集型的化学或涂层处理。     

热处理对消失模铸造固-液复合Al/Mg双金属界面组织的影响

研究了不同热处理方式对消失模铸造固-液复合Al/Mg双金属界面组织的影响,探索适合Al/Mg双金属铸件的热处理新工艺。结果表明,均匀化退火+空冷的热处理方式会使Al/Mg双金属界面层产生裂纹缺陷,主要由于在较快的冷却速度下,基体和界面金属间化合物的膨胀系数不同,界面处应力较大,易开裂;而均匀化退火+炉冷的方式下Al/Mg双金属界面层未产生裂纹缺陷,且在Al基体和Al_3Mg_2+Mg_2Si反应层间产生了一个由Al(Mg)固溶体+Mg_2Si组成的新扩散层。随着均匀化退火时间的增加,新的扩散层厚度不断增加,界面处Al_(12)Mg_(17)+δ-Mg共晶反应层的δ-Mg晶粒尺寸逐渐增大,镁基体中的Al_(12)Mg_(17)相不断固溶到初生相中。多级均匀化退火+时效处理相比于单级均匀化退火更能使界面层的组织和成分均匀,并促使镁基体中的Al_(12)Mg_(17)相呈细小层片状析出。     

冷轧Ti/Al层状复合材料固-液反应过程中的界面微观组织演变（英文）

将冷轧Ti/Al层状复合材料在675～750℃下进行不同时间的退火处理,退火过程中钛和铝都保持过剩,研究了Ti/Al层状复合材料的界面微观组织演变。结果表明:Ti和Al的界面层由2个亚层组成,其中一个为紧密的TiAl_3亚层,其微观结构为紧密的TiAl_3层,其中分布着随机取向的充满Al的裂纹,另一个为颗粒状的TiAl_3亚层,其微观组织结构是颗粒状的TiAl_3分布在Al基体中。在不同的退火温度和时间条件下,紧密TiAl_3亚层的厚度几乎没有变化,但是颗粒状亚层的厚度随着退火温度及时间的增加而增加;另外,界面层中的TiAl_3颗粒的体积分数在不同的温度下均随着退火时间的延长而下降。因此提出了反应扩散模型来描述界面层的形成机理,在此模型中,TiAl_3相是化学反应和扩散的结果,并且也考虑了TiAl_3相的溶解。计算结果表明TiAl_3相的形成与生长由化学反应控制,其等效厚度与退火时间之间遵循线性规律,这主要是因为Ti和Al原子能够快速地通过紧密的薄TiAl_3亚层。     

液/半固态双金属铸造复合耐磨薄板组织与性能研究

针对耐磨薄板难于实现大平面冶金结合和界面氧化夹杂难以去除的技术瓶颈,提出了液/半固态双金属铸造复合板制备的新工艺,以解决传统铸造复合工艺难于制备大面积耐磨板问题。通过制备的低碳钢/高铬铸铁(LCS/HCCI)复合耐磨薄板,研究了耐磨薄板界面层微观组织形成规律,通过装机测试分析了该耐磨薄板的使用性能。     

复合挤压铸造Al/Al-Cu双金属宏观复合材料中界面相互作用的模拟与实验验证（英文）

研究复合挤压铸造的双金属宏观复合材料中两组分之间的热、力学相互作用。首先,采用复合挤压铸造工艺制备Al/Al-4.5wt.%Cu双金属宏观复合材料。然后,利用Thermo-Calc、Pro CAST和ANSYS等软件对双金属中的热传递、凝固和沿界面区产生的应力分布进行分析,且研究双金属界面区的结构、铜分布和显微硬度变化。结果表明,Al-4.5wt.%Cu的结构没有明显变化,铜在界面处无明显的微混合和扩散。当定义界面上的等效氧化层,并考虑其对传热的影响时,模拟结果与实验结果吻合较好。这种氧化层使在嵌入物表面形成的局部液体分数下降50%。对产生的应力进行模拟,结果表明,界面应力分布均匀,界面的抗压强度明显低于氧化层的抗压强度,在制备过程中具有良好的稳定性。因此,可以认为,这种连续的氧化层不仅起到热障的作用,还阻止界面上金属间的直接接触。     

加压条件下固-液复合法制备Cu/Al复合材料

在加压条件下采用固-液复合法制备了Cu/Al复合材料,并对复合材料界面层的硬度、抗拉强度及微观组织进行了研究。结果表明,在加压条件下固-液复合法可以制备出抗拉强度达38.24 MPa且Cu/Al复合界面结合良好的复合材料;界面层硬度显著高于两侧基体硬度;界面层靠近铜侧区域容易出现断裂现象,生成的脆性相CuAl2是造成复合材料断裂的主要原因之一。     

Cu/Al复合材料退火过程中的界面组织演变

采用轧制复合法制备了Cu/Al复合板,并在350~450℃进行退火处理,利用金相显微镜、扫描电镜、能谱分析仪、X射线衍射仪等手段研究了Cu/Al界面的微观组织形貌和相组成。结果表明,Cu/Al界面扩散连接过程主要包括物理结合、金属间化合物形核、金属间化合物横向生长与增厚3个阶段,Cu/Al界面主要由Cu9Al4、CuAl、CuAl23种金属间化合物组成。金属间化合物形核需要一定的孕育期,孕育期受温度影响很大;金属间化合物层厚度与反应时间的关系符合抛物线规律,表明金属间化合物的生长动力学由体扩散控制;总金属间化合物层生长速率常数与反应温度之间满足Arrhenius关系,其生长激活能为119.08 kJ/mol。     

复合铸造A390/SiC复合材料的显微组织、力学和摩擦学性能（英文）

采用复合铸造法制备10 wt.%SiC增强的A390铝合金复合材料。研究复合铸造的温度、时间和搅拌速度对复合材料显微组织、力学性能和摩擦学性能的影响。结果表明,当转速从450提高到550r/min时,碳化硅颗粒的分布更加均匀。由于气体的吸收,材料的孔隙率突然增大,导致随着搅拌速度从550增加到650r/min时,伸长率下降。此外,随着搅拌时间的增加,原始硅颗粒团聚体的数量减少,显微组织中碳化硅和硅颗粒分布更加均匀。虽然复合铸造试样的断裂模式是脆性断裂和韧性断裂的复合,但其主要断裂机理是韧性断裂。与低温磨损试验相比,在高温下材料摩擦表面形成的保护层可导致极低的磨损率。得到最佳的颗粒均匀性和力学性能的工艺参数为:610°C、550 r/min和20 min。     

固-液和液-液反应喷射沉积法制备原位TiB_2/Cu复合材料（英文）

利用固-液和液-液反应喷射沉积法并结合冷轧和退火工艺制备原位TiB_2/Cu复合材料,对比分析该复合材料的显微组织和性能。结果表明,TiB_2/Cu复合材料的显微组织和性能主要受反应方式和轧制处理的影响。利用液-液反应法可使原位反应更充分地进行,而通过轧制和退火处理可使复合材料原始沉积坯的致密度和性能得到优化。利用液-液反应喷射沉积制备的轧制态TiB_2/Cu复合材料的综合性能(401 MPa和83.5%IACS)优于利用固-液反应喷射沉积制备的轧制态TiB_2/Cu复合材料的综合性能(520 MPa和20.2%IACS)。     

固液双金属复合铸造工艺及机理研究进展

双金属复合材料具备单一金属难以满足的综合性能。固液双金属复合铸造较之其他双金属复合方法具有界面结合良好、生产效率高、合金适用范围广等特点,得到越来越广泛的应用,并成为当前研究的热点。综述了国内外固液双金属复合铸造研究的进展与现状,阐述了固液双金属复合铸造主要的成形工艺方式与应用领域,分析了影响固液双金属复合界面结合品质的主要因素,总结了固液双金属复合界面组织与性能研究的重点与主要结论,最后指出了当前固液双金属复合铸造研究存在的不足及未来的发展方向。     

复合铸造法制备的镁/铜复合材料的界面组织和力学性能（英文）

采用复合铸造法制备镁/铜复合材料,并对其显微组织演化、相组成和界面结合强度进行研究。研究发现,界面实现冶金结合并且由两个亚层组成:靠近纯铜一侧的亚层Ⅰ,厚度为30μm,主要由Mg_2Cu相组成,并且在上面随机分布一些枝状相MgCu_2;靠近纯镁一侧的亚层Ⅱ,厚度为140μm,主要由层状的Mg_2Cu+(Mg)纳米共晶相和少量分离的Mg_2Cu组成。复合材料的平均界面剪切强度为13MPa。本研究为镁/铜复合材料作为储氢材料的应用提供了一个新的制备方法。     

固-液复合铸造锤头的组织与性能

研究高铬铸铁-碳钢固-液复合铸造锤头的组织及硬度分布特征。结果表明,固-液复合铸造高铬铸铁锤头部分具有较高的硬度,远离复合面高铬铸铁硬度增加,碳钢硬度降低。远离复合面高铬铸铁组织为M7C3型碳化物+回火马氏体+残余奥氏体,固-液复合铸造高铬铸铁组织中碳化物有定向分布的趋势,有利于提高锤头的耐磨性;远离复合面碳钢部分的组织为珠光体和较多的铁素体,复合面附近碳钢组织珠光体数量明显增加,铁素体数量明显减小,高铬铸铁中的碳通过复合界面向碳钢进行扩散。     

Cu/Al固液连接界面组织演化的定量分析

采用固-液法快冷成型制备了Cu/Al整体材料。利用SEM,EDS,XRD等分析了Cu/Al界面的微观结构和相组成,基于扩散方程并结合相图定量分析了Cu/Al界面组织演化过程。结果表明：从Cu侧至Al侧,界面依次形成了区域Ⅰ(AlCu+Al2Cu)混合组织,过共晶组织 [Al2Cu+(Al2Cu+α-Al)]的区域Ⅱ和亚共晶组织 [α-Al+(Al2Cu+α-Al)]的区域Ⅲ;随着界面Cu浓度的变化,Al2Cu相具有不同形貌;且各个区域厚度同理论值基本一致。     

半固态挤压铸造A356合金在热处理过程中的组织和性能演化（英文）

半固态挤压铸造的A356合金首先在540℃下进行固溶处理,随着固溶温度升高,Mg和Si原子逐渐溶解于基体中,并产生了固溶强化作用。抗拉强度、延伸率和硬度在固溶6 h达到峰值,之后合金力学性能随固溶时间延长而下降。在固溶处理之后合金在180℃下进行了不同时间的时效处理。随着时效时间延长,Mg2Si相逐渐在基体中析出,析出相显著球化细化,尺寸约为2μm。经过对合金组织和力学性能的分析,半固态挤压铸造A356合金的最佳热处理制度为:540℃固溶6h,180℃时效4h。经过固溶和时效处理后的合金抗拉强度达到336 MPa,延伸率达到6.9%,硬度达到1240 MPa,相较于热处理前的性能提升了106.7%。     

热浸镀法Cu/Al液固复合的研究

采用热浸镀方法研究了助镀剂KF在热浸镀中促进Cu/Al液固复合方面的作用,并且分析了热浸镀中Al液温度、浸镀时间对冶金反应层成分和厚度的影响.结果表明,试样经过表面处理,在助镀剂中浸泡4 min,浸镀温度为720 ℃,浸镀时间为25 s时得到的复合效果最好.     

重力铸造液固双金属复合材料的界面结构与缺陷

通过重力铸造液固结合的方式制备了高铬铸铁和45#钢的复合材料。采用不同工艺参数进行试验．考察了双金属复合的界面结合质量和缺陷，讨论了工艺参数的影响，揭示了双金属冶金结合的界面结构。