凝固冷却速率影响下Al-Pd-Co复杂合金相的形成及分布特征

复杂合金相具有不同于传统金属的结构特征。为了搞清凝固冷却条件对铸态Al-Pd-Co复杂合金相存在状态的影响,本文应用TEM、SEM、HREM、EDS等多种电子显微学手段,分析了不同凝固冷却速率下Al70Pd10Co20三元合金中复杂合金相形成和分布特征。通过比较不同凝固冷却速率下凝固组织的形貌和成份的变化,推断出Al70Pd10Co20合金凝固过程中,M-Al13Co4和O-Al13Co4型复杂合金相的高温形成具有宽化的成分区间。随着凝固冷却速率的提高可导致另一具有复杂结构的W相的形成并与M-Al13 Co4和O-Al13 Co4型相共生,其结构包含与Al-Pd-Co十面体准晶同类的十面体原子团结构单元。     

快速凝固Al—Mn合金中准晶相形貌的SEM观察

本文研究了对A1—Mn(18wt%和Mn和25wt%Mn)合金准晶相作SEM观察时的最佳腐蚀条件,展示出上述准晶丰富的形貌相。准晶形貌由大小约0.1μm的小颗粒组成,在凝固时由于固液界面前沿的温度场分布使这些小颗粒调整重排或长大形成准晶结构。     

少量Ni添加对Al-Rh准晶系微结构的影响

自从发现具有十次对称性的二维准晶以来，十次对称二元合金系准晶由于成分简单成为研究准晶的热点。铝基准晶是准晶系中比较丰富的一族，其中Al-TM系（TM代表过渡族金属，如Mn、Pd、Co、Rh）准晶是一类典型的代表。最早发现Al-Mn二十面体准晶即是铝基准晶。Hiraga曾经报道了Al-Pd系统中存在的1．6nm周期的十次对称准晶及存在正交结构的大单胞晶体的准晶近似相。与Al-Pd结构及原子序数相似的Al-Rh合金系统的有关报道却比较少。Ma等曾报道了Al-Rh中存在周期为1．6nm的十次对称准晶，并研究了这种准晶的热稳定性能，指出它不是一种稳定的准晶。限于当时的电镜设备，有关Al-Rh二元准晶的微观结构报道的也不尽详细。Grushko等后来详细报道了Al-Ni-Rh三元合金系中存在的周期为0．4nm的十次对称准晶。另外还有报道认为微量Si的掺入促进准晶形成更为完美的结构。     

Al-Cu-Fe系初生准晶相凝固过程的电子显微分析

采用包括金相（OM），粉末X射线衍射（XRD），扫描电子显微镜（SEM）观察和透射电子显微（TEM）分析等方法，研究了铸态Al592.Cu36.8Fe3.0Si1.0合金（700℃保温2．5h后水淬）的显微组织及相组成。发现铸锭中存在4种相：准晶I相，τ3相（或φ相），θ－Al2Cu相和η－AlCu相，凝固过程可描述为：初生晶是准晶Ⅰ相；在保温过程中发生包晶或共晶反应（L＋i→τ3(或φ）或L→τ3（或φ）＋i)形成的τ3相（或φ相），呈微畴结构；而剩余液体水淬形成θ－Al2Cu相和η－AlCu 相。     

与十次准晶相关的晶体相的透射电镜研究

研究表明,在许多合金中存在着与准晶相关的亚稳或稳定的晶体相。这些晶体相既有与准晶共生的,也有由准晶通过热处理等方法转变而得到的,其主要特征是这些晶体的电子衍射图中强衍射斑分布或多或少地显示出与二十面体准晶的五次轴或十次准晶的十次轴相似,从而说明这些晶体相的局部原子结构与准晶的结构是非常相似的。对这些晶体相的研究将有益于描述准晶的结构。在用透射电镜研究急冷铝锰合金中的准晶相变过程中,发现了二种由十次准晶转变的晶体相,本文给出主要实验结果。     

急冷AlNi合金中的十次准晶与晶体相

准晶态的研究是近年来开展起来的。准晶是具有准平移周期序及非晶体学对称点群的一类固态相,被认为是介于晶态与非晶态之间的一种物质状态。按其准周期维数可分为三维、二维、一维准晶。十次准晶为二维准晶,即具有十次旋转对称点群及沿此对称轴的平移周期序。本文就AlNi系急冷合金中的准晶及其晶体相作了研究。样品通过锤淬技术将合金从液态高速冷却至固态而得到,所选合金成份如表l。AlNi系准晶为二维十次准晶,其特点是十次轴周期为0.4nm,这是所发现的十次准晶中最小的情况,被认为是十次准晶中最基本的周期单元,见图l(a)(b)(c)。研究表明,Al_3Ni接近Al—Ni系准晶的最佳成份,随着Ni含量的减少,准晶晶粒小大与数量都递减,直至Al_6Ni时,无准晶存在。实验证实了少量Si对于准晶的形成有影响,Al_6Ni中加入20％Si代替Al时,观察到了一种周期为1.6nm的十次准晶;加     

激光熔覆原位自生复相陶瓷颗粒增强涂层

借助光学显微镜、X射线衍射仪、电子探针及显微硬度计等手段对熔覆层的组织、物相、元素分布和显微硬度分布特征进行了研究。熔覆层不同位置的凝固特征参数不同,形成的组织亦不同。陶瓷相的引入使得熔覆层晶粒细小,枝晶生长方向发生紊乱。原位反应生成的TiB2,Al2O3为亚微米颗粒,主要分布在晶粒内部,形成晶内复合,而未反应的TiO2,B2O3陶瓷颗粒分布在晶间。熔覆层物相主要为基体的γ相和基体上弥散分布的γ'相以及Al2O3,TiB2等陶瓷相等。研究了激光加工参数对显微硬度分布的影响。磨损试验表明,陶瓷增强颗粒的加入在很大程度上提高了覆层的抗磨损性能。     

Ce对AlCuFeCr准晶凝固形貌及组织的影响

Ｃｅ对ＡｌＣｕＦｅＣｒ准晶凝固形貌及组织的影响张占平齐育红黑祖昆史雅琴马永庆（大连海事大学金属材料工艺研究所，大连１１６０２６）准晶自１９８４年首次报道以来［１］，取得了很大的进展，随着对其结构、热稳定性及缺陷等研究的深入，人们对其电、热和力学性能等...     

激光快速成形Rene 80高温合金组织及裂纹形成机理

研究了激光快速成形(LRF)Rene 80高温合金厚壁件的凝固组织和裂纹的形成机理。结果表明,激光快速成形Rene 80高温合金的凝固组织为与沉积高度方向平行的定向凝固枝晶组织,由于凝固偏析,MC型碳化物和γ-γ′共晶组织分布于定向凝固组织的枝晶间区域。激光快速成形Rene 80高温合金厚壁件含有许多长度大于10mm,扩展方向与沉积高度方向平行的宏观裂纹。分析表明,这些裂纹为液化裂纹,其形成原因为:激光快速成形时,紧邻激光熔池的热影响区(HAZ)内沿晶界分布的低熔点γ-γ′共晶组织发生熔化,形成热影响区内沿晶界扩展的晶界液相,在热影响区冷却过程中,由于热影响区内固相的收缩应力作用,沿晶界扩展的固-液界面被撕开,从而导致液化裂纹的产生。     

激光熔覆碳纳米管增强高熵合金涂层及耐腐蚀性能

通过机械混合方法解决了碳纳米管(CNTs)在Co Cr Fe Ni高熵合金粉体表面的团聚问题，采用激光熔覆方法在304不锈钢基板上制备了Co Cr Fe Ni-CNTs涂层，碳纳米管优化质量分数为1.0%，研究了涂层微观组织、显微硬度及抗中性盐雾腐蚀性能。结果表明：涂层的晶粒为单一的面心立方(FCC)结构，按照晶粒形态可以分为平面晶、胞状枝晶、柱状枝晶、等轴晶，晶界上形成了M₇C₃型碳化物共晶相，未分解碳纳米管弥散分布在晶粒内，Si/C类夹杂物来自于熔化的基板材料。涂层内硬度分布较均匀，由于碳纳米管和M₇C₃碳化物的第二相强化作用，硬度水平可以比Co Cr Fe Ni涂层提高70 HV以上。经中性盐雾腐蚀269 h后，点蚀仅发生在脱落的Si/C类夹杂物周围区域，而在晶粒及晶界内其他区域均未发现腐蚀现象，因此，严格限制Si/C类夹杂物进入涂层将进一步改善复合涂层的抗中性盐雾腐蚀性能。     

α-Cu2Se的显微缺陷结构

本文利用球差校正电镜对Cu₂Se低温α相的显微缺陷结构进行精细表征。α-Cu₂Se呈层状特征，其中Se构成了刚性亚晶格，Cu离子有序填充于{111}_c晶面之间形成了交替分布的富Cu层和贫Cu层。层间滑移是导致超结构出现的主要原因。在Cu₂Se从高温β相到低温α相的结构转变过程中，由于对称性破缺和Se刚性亚晶格的保留，Cu离子在不同区域的有序性差异使得α-Cu₂Se中存在大量共格连接的畴结构。实验结果有助于更全面地理解α-Cu₂Se的显微缺陷结构。     

激光熔覆ZrO_2／Ni合金复合涂层的凝固组织与分层机制

用激光束在４Ｃｒ１３钢基体上熔覆ＺｒＯ２与Ｎｉ合金的混合粉末，形成了分层结构的复合涂层，即表面为致密的ＺｒＯ２陶瓷层．介于陶瓷层与基体之间的是Ｎｉ基合金过渡层。组织分析表明，ＺｒＯ２层的上部为等轴晶，中下部为柱状晶，主要由ｔ＇－ＺｒＯ２相及少量沿ｔ＇晶界分布的ｍ－ＺｒＯ２相组成；Ｎｉ合金结合带呈现出树枝晶及其晶间共晶的单一凝固组织。该复合涂层的分层机制可解释为互不混溶的ＺｒＯ２与Ｎｉ合金熔珠在界面张力和浮力作用下发生离析重排，再各自重新凝固。     

IF钢表面激光熔覆Co基合金/SiCp涂层的研究

采用5kWCO2激光器在IF钢表面激光熔覆CoCrWNiSi合金/SiCp陶瓷涂层。利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪分析了熔覆层的相结构和凝固组织特征。对熔覆层的耐磨性进行了试验。结果表明,熔覆层细小均匀,与基体搭接处为平面、胞状晶,表层为细密的枝晶。熔覆层的相结构为γ-Co及Si2W,CoWSi,Cr3Si,CoSi2等相。SiC的加入提高了熔覆层的耐磨性。     

十次准晶及近似晶体相的晶体学关系

在分析正五形的几何特征和正五边形的周期与准周期排列的基础上，讨论了具有五边形单元的二维周期点阵与准财期点阵的异同以及它们之间的转变。在Ａｌ－Ｃｏ二元系中，除了已知的单斜Ａｌ１３Ｃｏ４及正交Ａｌ３Ｃｏ的五角层状结构，还发现有五边形的边长及单胸参数ａ，ｃ均为τ＾２和τ＾３倍的合金相，如此无膨胀，就会得到单胸参数为无穷大的十次准晶。另一方面，Ａｌ６０Ｍｎ１１Ｎｉ４的两种已知正交结构的点阵参数ａ，ｃ均可用     

厚板高功率激光切割重铸层微观组织研究

本文研究了18 mm厚316L不锈钢激光切割重铸层宏微观成形特征，基于扫描电镜和电子背散射衍射仪，分析了重铸层表面和截面晶粒的形态和尺寸。结果表明：重铸层表面的Fe元素少量蒸发，从上部到下部重铸层表面由紊流向层流转变，厚度逐渐增大，组织呈现为分层的针状晶形态；对于晶体取向，切缝顶部晶粒的外延生长比例低于底部，前者生长方向的随机分布由熔体紊流引起，后者的外延生长由熔体层流引起；母材中的γ相为等轴晶形态，δ相呈带状分布；重铸层中γ相的晶粒形态不规则，粗化至母材的2倍左右，而δ相则弥散分布，细化至母材中δ相尺寸的1/6～1/2；组织转变的原因是激光切割过程中极大的温度梯度大幅缩短了δ相形成温度的持续时间，同时，熔体扰动促使δ相弥散分布。     

TC4表面激光熔覆Ti-Al-(C,N)复合涂层的组织与力学性能

为了改善TC4合金的表面性能,在TC4表面预置不同成分的复合粉末,采用激光熔覆工艺制备了Ti-Al-(C, N)复合涂层。通过对涂层的物相组成及微观组织结构进行分析,揭示了复合涂层的合成机理,并结合复合涂层的组织结构特征分析了其硬度分布。结果表明:熔覆层与基体之间形成了良好的冶金结合;熔覆层主要由基体相Ti_xAl_y和树枝晶TiC_1-xN_x组成;激光快速熔凝过程中Al元素扩散进入TiC_1-xN_x相枝晶边缘形成MAX相;合适的粉末配比能使熔覆层的组织细小致密,熔覆层的最高硬度为基体的2.04倍。     

激光熔覆304不锈钢微观组织研究

采用激光熔覆成形了304不锈钢,利用扫描电镜、X射线衍射及透射电镜技术,研究了熔覆层的组织形貌及相组成。结果表明：熔覆层主要由奥氏体（γ）相和FeCr（σ）相组成,σ相中Fe与Cr的原子数分数比接近1∶1;γ相呈细小、致密的枝晶状,σ相主要为长条状,宽度约为200 nm,分布在枝晶间隙处。在熔覆层快速凝固过程中,σ相从枝晶间的共晶铁素体（δ）中析出。枝晶间共晶形成的大量γ/δ界面有效降低了σ相的形核难度,同时,枝晶间Cr元素的富集促进了σ相的形成和粗化。因此,相比于不锈钢在固溶过程中析出的σ相,激光熔覆过程中析出的σ相形成时间更短,尺寸更大。     

AZ91镁合金中变形孪晶与析出相交互作用结构的电子显微学研究

本文综合利用透射电子显微镜(transmission electron microscopy, TEM)及高分辨透射电子显微镜(high resolution transmission electron microscope, HRTEM)电子显微表征技术,对冲击变形时效AZ91镁合金中变形孪晶与β-Mg₁₇Al₁₂析出相交互作用引发的变形结构进行了观察和表征。结果表明：(1) β析出相阻碍■孪晶生长使其界面形成台阶结构导致孪晶板条呈现粗细不均的形貌,更严重的交互作用可导致孪晶界发生大角度弯折,同时诱发基体中扭折带的形成以协调孪晶变形;■孪晶与β析出相的交互作用会产生局域应力集中,导致连锁诱发■孪晶形核,表明孪晶与析出相的交互作用可以促进孪晶形核。     

热处理对FGH95合金激光成形定向凝固显微组织的影响

本文利用高温合金FGH95在定向凝固单晶合金DD3基材上进行激光多层涂覆实验,得到了具有细小定向凝固柱状枝晶组织的试样。对激光金属成形定向凝固试样进行了标准热处理,深入研究了热处理前后凝固显微组织的变化规律。研究发现,处理前涂层中的组织为白色的枝晶干和黑色的枝晶间交替排列,枝晶一次间距约为10μm,处理后看不出明显的枝晶间与枝晶干分界,只是基体上弥散沉积了白色的富Nb块状碳化物,枝晶间和枝晶干区域在处理前所存在的尺度大小和形态迎然不同的γ′相在处理后尺度分布变得均匀。各合金元素经热处理后,偏析现象均有不同程度的减轻。     

超高速激光熔覆TiC/Inconel 625复合涂层的组织和性能提升研究

超高速激光熔覆技术（EHLA）可以突破涂层生产的效率瓶颈，为制备高质量涂层提供有效途径。采用EHLA和常规激光熔覆（CLA）技术在45钢基体上制备TiC/Inconel 625复合涂层，并对涂层的微观组织、物相组成、耐腐蚀性能以及摩擦磨损性能进行了表征。结果表明，两种涂层的显微组织均表现出相同的生长模式，由胞状或柱状枝晶向等轴枝晶转变。对于EHLA涂层，98.2 m/min的熔覆速度加快了凝固组织的冷却速率，从而细化了枝晶，平均枝晶间距不超过1μm，并且所形成的细化组织有助于涂层耐蚀性的提升。TiC的加入促进了枝晶间碳化物的形成，并起到了沉淀强化的作用，同时在涂层表面形成了致密的钝化膜。并且EHLA涂层的摩擦系数低于CLA涂层，展现出良好的摩擦磨损性能。