Al-Cu-Cr系准晶及其类似相的形成规律

本文为了探明Al-Cu-Cr系准晶及其类似相的形成规律，以指导Al-Cu-Cr系准晶合金设计。通过分析研究用热压法制备的Al-Cu-Cr准晶与纯铝的复合材料中不同条件下形成的各个Al-Cu-Cr相的成分和结构，绘制了Al-Cu-Cr三元成份．结构相图，结果表明相图中存在两条等电子浓度线，一条是二十面体准晶及其类似相的等电子浓度线，电子浓度e／a=1．86：另一条是十次准晶及其类似相的等电子浓度线，电子浓度e／a=2．09。这充分证实了准晶及其类似相是电子相，服从Hume—Rothery规则。     

Ti-Zr-Ni系三元准晶的成分特征研究

系统研究了两个等电子浓度线(e／a=1．20,1．25)上Ti-Zr-Ni铸态合金的组织与结构,发现吸铸法可在很宽的成分区间(TixZr100-x)100-yNiy,43．75％≤x≤81．25％,17％≤y≤20％)内获得Ti-Zr-Ni准晶,其中,Ti40Zr40Ni20为理想准晶成分,能形成长15mm、直径6mm的单相准晶棒．准晶成分特征研究表明：Ti-Zr-Ni准晶系也具有与Al基三元准晶系相似的相图特征．一方面,Ti-Zr-Ni准晶与其类似相一起构成准晶“等电子浓度线”现象;同时,三元准晶成分满足准晶“变电子浓度线”特征,形成准晶的理想成分TiaoZraoNi20位于准晶等电子浓度线与变电子浓度线交点处．     

Al-Cu-Fe准晶及其晶体类似相与纯Mg的界面反应

分析了按照Al63Cu25Fe12配比常规凝固制备的AlCuFe准晶材料的相组成, 研究了块状AlCuFe准晶材料与熔融纯镁的界面反应,发现在界面处存在物质交换作用. 镁与AlCuFe准晶材料有良好的浸润性, 这归因于准晶材料中孔隙的存在、亚稳相的分解和表面氧化层与Mg的反应.     

塑性变形对Zr-Al-Ni-Cu-Ag非晶合金中二十面体准晶相析出的影响

利用x射线衍射(XRD)和差示扫描量热法(DSC)研究了轧制对Zr65Al7.5Ni10Cu12.5Ag5非晶合金中二十面体准晶相析出的影响.实验发现,经轧制塑性变形合金在随后的加热过程中二十面体准晶相的析出量增加,在变形量ε=70%时达到最大.另外,析出的二十面体准晶相的稳定性随着变形量增大而提高,在ε=70%时达到最大,随后又开始降低.这是由于合金在塑性变形过程中的原子组态发生变化所致.     

Mg30Zn60Y10合金中二十面体准晶相的形成和生长

通过常规凝固方法在Mg30Zn60Y10三元合金中获得大体积分数准晶。准晶相由包晶反应生成。能谱分析结果表明包晶反应中初生相的成分近似为Mg16.32Zn70.60Y13.08，准晶相成分为Mg36.94Zn56.21Y6.63。差热分析显示初生相在723℃形成，准晶相生成温度为648℃。利用快淬方法使准晶相生长初期形貌得以保留，发现准晶相初期形貌受初生相形貌直接影响，但随后则接其晶体学优先方向生长，最终长成花瓣状准晶。准晶合金凝固过程中生成的低温相越多，准晶相熟化时间越长，越容易使准晶花瓣端部粗化以及在端部发生分叉。端部的分叉使得花瓣准晶破碎，这些破碎的准晶游离到低温相中在界面能的作用下形成多边形结构。     

Zr-二十面体准晶-十次准晶伪三元系中非晶的形成

分析了块状非晶与稳定准晶结构上的异同点，选择两种稳定准晶(二十面体准晶和十次准晶)相互混合，在保持准晶二十面体基本结构单元的基础上，增加元素组成的混乱度，再添加有利于形成高配位多面体的元素Zr，用急冷方法制备出非晶合金．对此非晶合金的热力学测试表明，该非晶形成能力和稳定性与Inoue的Zr65Al7.5Cu17.5Ni10非晶相近．     

快速凝固Al─Fe基合金条带中准晶相的形成及稳定性SCIEI

对快速凝固Ａｌ─Ｆｅ基合金的原始条带及退火组织进行了透射电镜分析．结果表明．原始条带截面组织按准晶形成可分成三个区域：无准晶区；准晶形成区；准晶分解区，在６９８Ｋ保温１ｈ发现中间区的准晶开始晶化．组织形貌类同铸态组织的准晶分解区，说明准晶的晶化是在凝固过程中进行的。     

含二十面体准晶相Mg-Zn-Y合金的组织和性能

采用常规凝固技术制备了MgZn_6xY_x(x=0.7,1.0,1.5,2.0)合金,研究了Y含量对含有二十面体准晶相(I相)MgZn_6xY_x合金组织和性能的影响。结果表明,MgZn6xYx合金由α-Mg基体和分布在晶界周围的(α-Mg+I相)共晶组织组成。随着Y含量增加,基体晶粒尺寸减小,共晶组织尺寸增大,含量增加,由不连续分布转变为连续分布。在凝固过程中,二十面体准晶相通过共晶转变形成。Mg_89.5Zn_9.0Y_1.5合金的抗拉强度和伸长率达到最大值,分别为179.2MPa和3.5%。MgZn_6xY_x合金的断口呈现准解理断裂特征。     

Mg-Zn-Y三元合金中二十面体准晶相生长形貌及其演化

采用常规凝固方法在Mg-Zn-Y三元合金系中获得了大体积分数的二十面体准晶。二十面体准晶相有2种典型形貌特征：一种为花瓣状，另一种为多边形形状。这是准晶在生长过程中形貌演化的结果。合金的成分和冷却速率是影响准晶形貌的主要岗素。准晶合金中生成的低温相越多，冷却速率越慢，准晶相生长的时间和空间条件越好，准晶相越容易由花瓣状演化成多边形状。准晶的形成有包晶反应参与，包晶反应是一种由初生固态相扩散控制的反应，因此，准晶在生长初期和最终形态其元素含量有明显差别，分析表明，准晶生长初期Mg元素含量偏低，Zn和Y元素含量偏高。     

Mg30Zn60Y10合金中二十面体准晶相的生长及形态演化

利用楔形铜模具激冷浇注方法和SEM、XRD、DTA、TEM等分析手段,研究了Mg30Zn60Y10合金中二十面体准晶相(I-相)的形成过程和不同冷速下该合金的凝固组织.研究结果表明,在中等冷速下,I-相主要以初生相与剩余液相发生包晶反应形成.随着冷速的增大,I-相的生长形貌将由棱面状向枝晶状转变.当冷速大到一定程度时发生初生相的相选择.在利用DTA分析I-相的形成温度时发现,包晶反应即I-相开始形成的温度受分析时采用的温度变化速率影响.     

Al-Cu-Cr准晶的力学性能

用雾化法制得的Al65Cu20Cr15准晶粉末与纯铝热压合成复合材料,在热压和热处理状态下复合材料中的颗粒为尺寸在35-160μm范围的Al-Cu-Cr二十面体准晶和十次准晶及其类似相。采用维氏压痕实验技术测试估算了Al-Cu-Cr准晶颗粒的力学性能。结果表明,热压状态下的Al-Cu-Cr二十面体准晶材料的断裂韧性和抗拉强度约为0.82MPa.m1/2和715MPa,经退火处理后得到的Al-Cu-Cr十次准晶及其类似相材料的断裂韧性和抗拉强度约为1.07MPa.m1/2和879MPa,淬火处理后约为1.15MPa.m1/2和1054MPa,与Al-Cu-Cr二十面体准晶材料相比有所提高,淬火态的Al-Cu-Cr十次准晶材料的断裂韧性和抗拉强度最高。     

Phase formation and structures of quasicrystals and approximants in the Zn–Mg–(Ti, Zr, Hf) system

The compositional regions for primitive (P) and face-centered (F) icosahedral quasicrystals (iQc) have been determined to be around Zn₈₄Mg₉Zr₇ and Zn₇₅Mg₁₈Zr₆, respectively. A 1/1 approximant of the F-type iQc was found to have a composition around Zn₇₇Mg₁₈Zr₅. A similar tendency has been verified for the Zn–Mg–Hf system. No stable iQc was observed in the Zn–Mg–Ti system. High-resolution X-ray measurements performed with synchrotron radiation showed that the stable iQcs are highly ordered and contain less phason disorder. High-angle annular dark field (HAADF) scanning transmission electron microscopy observation of the 1/1 Zn–Mg–Hf approximant effectively revealed the Hf positions in the structure, whose local contrasts can be reasonably interpreted by a structural model where icosahedral and dodecahedral Hf clusters are mutually interpenetrated. Similar appearances of local contrasts were frequently observed in HAADF images of the F-type iQc, indicating that the iQc structure is also build up of icosahedral clusters that are almost identical to those in the 1/1 approximant.     

爆炸喷涂Al-Cu-Cr准晶涂层的组织及硬度研究

为了研究热喷涂工艺对爆炸喷涂Al-Cu-Cr准晶涂层组织和硬度的影响规律,采用三种爆炸喷涂工艺参数在Q235A低碳钢基体上制备涂层,借助XRD、SEM和OM等技术手段对粉末和涂层的组织结构进行分析,并检测涂层横截面的孔隙率和显微硬度.结果表明,用于喷涂的Al65Cu20Cr15准晶粉末中含有二十面体准晶相i-Al65Cu24Cr11和极少量具有单斜结构的晶体相θ-Al13Cr2(即Al83Cu4Cr13);而爆炸喷涂涂层中除i和θ两相外,生成了新相--体心立方结构的α-Al69Cu18Cr13(准晶i的晶体类似相)和Al203相.涂层呈典型层状结构,其它条件不变的情况下,涂层中各晶体相与准晶相i最强峰衍射强度的比值α/i、θ/i和Al2O3/i随爆炸喷涂工作气体流速的成比例提高而增加,同时涂层截面的孔隙率下降而显微硬度HV0.1升高.     

爆炸喷涂Al-Cu-Cr准晶涂层的组织及硬度研究

为了研究热喷涂工艺对爆炸喷涂Al-Cu-Cr准晶涂层组织和硬度的影响规律，采用三种爆炸喷涂工艺参数在Q235A低碳钢基体上制备涂层，借助XRD、SEM和OM等技术手段对粉末和涂层的组织结构进行分析，并检测涂层横截面的孔隙率和显微硬度。结果表明，用于喷涂的A165Cu20Cr15准晶粉末中含有二十面体准晶相i-A165Cu24Cr11和极少量具有单斜结构的晶体相θ-Al13Cr2（即Al83Cu4Cr13）；而爆炸喷涂涂层中除i和θ两相外，生成了新相——体心立方结构的α-Al69Cu18Cr13（准晶i的晶体类似相）和Al2O3相。涂层呈典型层状结构，其它条件不变的情况下，涂层中各晶体相与准晶相i最强峰衍射强度的比值α／i、θ/i和Al2O3／i随爆炸喷涂工作气体流速的成比例提高而增加，同时涂层截面的孔隙率下降而显微硬度HV0.1升高。     

超音速火焰喷涂Al-Cu-Cr准晶涂层表面不粘性和耐磨性的研究

以普通45#钢为基体,分别以FeAl晶体粉末和Al_(65)Cu_(20)Cr_(15)准晶粉末为热喷涂材料,采用超音速火焰喷涂(HVOF)方法制备涂层.使用金相显微镜和接触角测量仪分别对两种涂层的扁平粒子形态和表面润湿性进行表征,利用X射线衍射仪对准晶涂层的相结构进行分析.分别使用MH-6维氏硬度仪和MMW-1立式万能摩擦磨损试验机测量涂层的显微硬度HV和摩擦系数及磨损失重.结果表明:喷涂准晶涂层与原始粉末的相组成基本相同,都包括主相二十面体准晶I-Al_(65)Cu_(24)Cr_(11),和另外3种含量极少的晶体相,即θ-Al_(13)Cr_2(即Al_(83)Cu_4Cr_(13))、α-Al_(69)Cu_(18)Cr_(13)和ε-Al_2Cu_3;但是与原始准晶粉末相比,HVOF涂层中准晶相I-Al_(65)Cu_(24)Cr_(11)的体积含量相对减少,而另外3种晶体相含量相对增加.相同试验条件下,同FeAl为代表的常规金属晶体涂层相比,超音速火焰喷涂Al-Cu-Cr准晶涂层具有更低的摩擦系数和磨损量,而且对蒸馏水具有更大的接触角,这说明后者的减摩耐磨性能和对蒸馏水的不粘性优于前者.     

Quasicrystalline phases and their approximants in AlMnZn alloys

Two AlMnZn alloys in melt-spun condition have been studied by transmission electron microscopy. The Al₂₄Mn₅Zn alloy was found to be fully icosahedral, while the Al₁₂Mn_2.9Zn alloy gave rise to decagonal quasicrystal. The decagonal phase grew in clusters with an orientation relationship between the grains suggesting nucleation on an icosahedral seed. On annealing at 500–600°C, the quasicrystalline phase transformed to a body centered orthorhombic phase L (a = 1.24, b = 1.26 andc = 3.05nm) with a high density of planar defects. This phase transforms to an ordered and defect free monoclinic phase M, a superlattice structure of L (a = c = 1.77, b = 3.05nm and β = 89.1°). The L phase is shown to be a rational approximant of the icosahedral phase. The interrelationship among quasicrystalline phases and their rational approximants in AlMnZn system are highlighted.     

Mechanical spectroscopy of quasicrystals

Quasicrystals are solids with long-range quasiperiodic order and orientational order with disallowed crystallographic symmetry (e.g. 5-fold). In addition to the point defects known from crystals (vacancies, interstitials, or antistructure atoms) quasicrystals contain phasonic defects (phasons), which represent violations of the matching rules. Phasons allow displacement of atoms without contribution of vacancies. In icosahedral AlPdMn single quasicrystals two internal friction peaks are observed. Peak A at 370 K (f=3 Hz) has an activation enthalpy of 0.98 eV and a frequency factor close to the Debye frequency (2×10¹⁵ s⁻¹) and is therefore attributed to point defects, i.e. atomic jumps enabled by phason flips or vacancies. Peak B at 870 K (f=3 Hz) is determined by an activation enthalpy of 4 eV and an abnormal high frequency factor (3×10²⁴ s⁻¹), is much broader than a simple Debye-peak, and highly asymmetric. The temperature variation of the relaxation time exhibits significant deviation from ideal Arrhenius behaviour for higher temperatures (T>920 K) indicating a sort of phase transition. Peak B can be attributed to a relaxation process in which dislocation movement is controlled by creation and movement of phason defects.     

铸态Ti-Zr-Ni准晶的贮氢特性

研究铸态Ti-Zr-Ni准晶体的贮氢特性。Ti40Zr40Ni20合金在吸铸条件下形成了近单一的二十面体准晶相（IQC相）,其吸氢坪台压力在170℃时约20 kPa,160℃时只有0.6 kPa,吸氢量为0.8%（质量分数）;而Ti45Zr38Ni17合金在同样条件下则形成了IQC、MgZn2结构的C14 Laves相与体心立方结构的β-（Ti,Zr）固溶相,它可实现室温贮氢,150℃时贮氢量达到4%,且具有较好的吸氢动力学。结果表明,合金成分与制备方法对Ti-Zr-Ni准晶的贮氢特性有较大影响。