15%SiC_p/2009Al复合材料在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为

15%SiC_p/2009Al复合材料是一种具有重要工程应用背景的先进复合材料。采用电化学方法研究了15%SiC_p/2009Al复合材料在3.5%Na Cl溶液中的腐蚀行为,结果表明:复合材料与基体铝合金在NaCl溶液中的腐蚀电流随浸泡腐蚀时间延长均呈现周期性波动特征,相比之下,复合材料的平均腐蚀电流(ACC)更大;基体铝合金起始阶段的平均腐蚀电流相对较低,随着时间延长平均腐蚀电流逐渐增大;复合材料从始到终平均腐蚀电流都较高,浸泡40 h以后二者的平均腐蚀电流差异逐渐缩小。通过扫描电镜(SEM)以及能谱(EDS)观察分析了材料表面腐蚀形貌和成分,复合材料与基体铝合金均发生不均匀腐蚀。2009Al的腐蚀主要为富铜相同周围铝基体间的电偶腐蚀;复合材料的腐蚀主要发生在以下3种区域:富铜相周围的铝基体,SiC颗粒周围的铝基体,Mg_2Si,SiC和Al_2Cu混合相区域。SiC颗粒的作用在于造成基体铝合金的相成分发生变化,主要析出相Al2Cu的尺寸更细、颗粒数量更多,高活性铝基体区域更多,析出相周围电偶腐蚀加剧。     

纯铜包覆铝合金复合材料界面组织与性能研究

本文采用立式连铸直接复合的方法制备了直径为20 mm,铜包覆层厚度为2 mm的纯铜包覆铝合金(铜包铝合金)复合棒材,并通过扫描电子显微镜(SEM)、电子探针(EPMA)、能谱仪(EDS)和透射电子显微镜(TEM)等研究了Cu/Al界面的结构与相组成规律,提出了连铸复合铜包铝合金的界面模型及形成机制。结果表明,铜包铝合金复合材料界面层从铜包覆一侧到铝芯一侧主要由3个亚层构成,即靠近铜侧的Cu₉Al₄层(亚层I),厚度较为均匀,约3μm;中间层为CuAl₂层(亚层Ⅱ),呈胞状,厚度不均匀,在10～40μm之间;靠近铝芯一侧为α-Al+CuAl₂伪共晶组织(亚层Ⅲ),呈片层状分布,厚度较大,约为200μm,而且α-Al+CuAl₂伪共晶组织(亚层Ⅲ)中有铝合金中合金元素形成的复杂析出相和残存未转变的高温Cu₃Al_2+x相。纳米压痕实验结果表明,亚层I的显微硬度最高,平均值为7.26 GPa;亚层Ⅱ的硬度次之,平均值为5.77 GPa;亚层Ⅲ...     

Al和Ni对含铜钢高温氧化后界面处富铜相的影响

通过高温氧化试验发现,Al和Ni有利于减少含铜钢高温氧化后氧化皮—内氧化层界面处液态富铜相的生成。从影响界面处富铜相生成和渗透的四个方面——富铜相的熔点、铜在奥氏体中的固溶度、氧化速率和包埋物的形成量,分析了Al和Ni的作用。结果表明,高温氧化时,Al先于Fe被氧化而Ni和Cu则后于Fe,所以钢中的Al因最终形成的Al2O3对富铜相的熔点没有影响,但Ni能溶于富铜相中提高其熔点;Al(含量小于2.0%)会降低铜在奥氏体中的固溶度,而Ni则会增加铜在奥氏体中的固溶度,但随着氧化的进行,Al对降低Cu在奥氏体中固溶度的作用减弱,而Ni对增加Cu在奥氏体中固溶度的作用则会增强;Al和Ni均能促进内氧化,进而促进包埋物的形成。     

结合层对铜/铝复合材料力学性能的影响

运用新型感应加热工艺,通过固-液-固相复合法制备铜/铝复合材料。分析了结合层的成分、硬度、线膨胀系数对铜/铝复合材料机械性能的影响。用热机械分析仪对结合层线膨胀系数进行测量,用扫描电子显微镜(SEM)和偏光显微镜(PM)观察界面形貌,用电子探针(EPMA)和X射线衍射仪(XRD)进行物相分析,用显微硬度计对结合层的硬度进行测量。结果表明:界面中间化合物主要为CuAl_2,Cu9Al4和AlCu;不同成分的结合层具有不同的硬度值,Cu9Al4层、AlCu层和CuAl_2层的硬度依次为:HV 204.5,HV 271.5,HV 233.9;铜/铝复合材料结合层线膨胀系数为27.0×10-6℃-1,结合层与铜之间较大的线膨胀系数差是造成铜/铝复合材料经热循环后易在界面层靠近铜侧区域出现裂纹的主要原因。     

铜热浸镀铝的组织与性能

采用一浴法对铜进行了热浸镀镀铝试验,热浸镀时间为8s,热浸镀温度为690~740℃。研究了热浸镀温度对Cu/Al复合材料组织、导电性能及结合性能的影响,采用扫描电子显微镜(SEM)和偏光显微镜(PM)观察双金属结合界面金相组织形貌,用能谱仪(EDS)进行化学成分分析,用X射线衍射仪(XRD)进行物相分析。结果表明:随着热浸镀温度的升高,Cu/Al复合材料导电性能迅速降低;结合性能出现先升高后降低的趋势。在热浸镀温度为710℃、热浸镀时间为8s的条件下,Cu/Al复合材料过渡层的金属间化合物晶粒比较小而且分布较均匀,相比温度升高获得的粗大晶粒而言更有弥散强化优势,并且有利于应力的缓解释放,此时Cu/Al复合材料结合强度最高,达到了最大的16MPa,过渡层内形成了良好的结合界面;Cu/Al复合材料界面主要生成了CuAl2,CuAl,Cu9Al4,K3AlF6等化合物,但金属间化合物过多会对缺陷比较敏感,易产生裂纹,严重影响Cu/Al复合材料的导电性和结合性。Cu/Al复合材料的界面结构为Cu/Cu-Al化合物+Cu基固溶体/Al-CuAl2共晶组织+Cu-Al化合物+Al基固溶体/Al。     

粉末冶金法制备SiCp/Al-Cu-Mg复合材料的固溶时效行为

通过XRD、硬度和电导率测试对比了不同固溶温度下Al-Cu-Mg合金与SiCp/Al-Cu-Mg复合材料中的析出相。XRD分析表明,经T4处理后,未增强基体铝合金中析出相为Al2CuMg相和CuAl2相,而复合材料中的析出相为CuAl2相和Mg2Si相。由SiC颗粒提供的游离Si与基体中的Mg生成了Mg2Si相,从而提高基体合金中Cu/Mg含量比,进而影响Al2CuMg相的生成。     

Ce对热浸镀铝HP40Nb钢氧化行为及组织的影响研究

通过SEM,EDS和XRD研究了Ce对HP40Nb热浸镀铝层组织结构和高温抗氧化性能的影响.结果表明,热浸镀过程中添加质量分数1％Ce促进了镀层外层中Fe2Al5和Fe4Al3Ce相的生成,抑制了内层Fe2Al5相长大;在1 000 ℃/4 h扩散处理过程中,Ce促进了γ向α相的转变以及α相中Ni3Al相的析出,并在渗层内层中生成富Ce相;800C/360 h氧化后,Ce促使渗层外层生成少量Fe2Al5和Cr3Si相,并使渗层外层组织均匀致密;1000℃/360 h氧化后,Ce促使α相长大导致渗层中生成大量的σ相.800℃氧化实验发现1％Ce使渗层组织致密,提高了渗层高温抗氧化性;1 000℃氧化实验发现1％Ce促进了渗层中σ相的生成,阻碍了Al原子的内扩散,保证了氧化过程中渗层表面生成α - Al2O3所需铝含量.     

Al2O3短纤维增强Al-Cu合金的微观组织结构和机械性能研究

为了研究铜元素含量变化对复合材料界面反应、微观组织结构和机械性能的影响，利用挤压铸造法制备了体积分数均为40％的Al2O3纤维增强纯铝和Al—Cu合金（1％，3％和5％）复合材料。采用X射线、TEM、SEM和拉伸实验手段，观察和测试了4种复合材料的微观组织和机械性能。结果表明，Al2O3纤维表面含有非晶SiO2成分，在高应力下易于开裂。铜元素的加入对材料的析出产生和机械性能有重要影响。铜元素引入后在复合材料中纤维表面处偏聚和富集，促进了界面θ相析出，并随基体中Cu含量提高而增加。当铜含量增加到5％后，基体内部也出现明显的析出相。拉伸实验结果表明随着Cu含量的增加复合材料的抗拉强度增高，Al2O3f/Al-Cu与Al2O3f／纯Al相比，抗拉强度分别增加了102％，146％和171％。SEM断口观察表明：基体合金的断口基本上都呈宏观脆性断口，具有低的展延性和撕裂纹理；大量的纤维从复合材料基体中拔出，一些纤维被拉断，这些特点与界面结合物和多晶的Al2O3纤维结构密切相关。     

SiCp对6066铝合金破坏机制及阻尼性能的影响

研究了粉末冶金法制备 6 0 6 6铝合金及增强相 Si Cp(尺寸 3μm )含量为 7% ,12 % (体积 )的 6 0 6 6铝合金复合材料的拉伸断口及阻尼特性。复合材料的阻尼性能通过动态机械热分析仪测量 ,得出了增强相 Si Cp体积分数不同的两个6 0 6 6 Al/ Si Cp复合材料及 6 0 6 6铝合金在 1Hz及 30～ 2 5 0℃的温度范围的阻尼温度关系。结果表明 ,当增强相含量体积为7%时 ,Si Cp颗粒分布均匀 ,与基体结合良好 ,复合材料的破坏归因为增强相周围的铝基体产生孔洞形核、长大、聚合引起的 ;增强相体积含量为 12 %时 ,Si Cp聚集成团 ,复合材料的破坏则归因为 Si Cp团块形成裂纹而断裂。少量 Si Cp(7% )明显提高 6 0 6 6 Al合金阻尼性能 ,尤其是高温阻尼性能。但 Si Cp含量再增加到 12 %没有效果 ,6 0 6 6 Al/ Si Cp复合材料的高阻尼性能主要是因为 Si Cp颗粒加入后增加的高密度位错及基体与 Si Cp颗粒的界面消耗能量     

铜包铝丝材的旋锻复合-拉拔成形与组织性能

采用"热旋锻-拉拔"方法制备了直径为φ65 μm、包覆铜层厚度较均匀、表面质量高和界面结合质量良好的铜包铝复合微丝,研究了合理热旋制度、热旋复合成形铜包铝线材的组织和界面结合状态以及中间退火和拉拔对线材组织与性能的影响.结果表明:合理的旋锻制度为旋锻温度350℃,单道次变形量40%,旋锻后形成了动态再结晶组织和厚度为0.7 μm的界面扩散层.复合线材的合理退火工艺参数为350℃/30 min (退火温度350℃、退火时间30 min),该条件下退火后线材延伸率达到最高值35.7%,界面扩散层厚度约为2.1 μm,退火后铜层和铝芯发生再结晶,组织内部形成等轴晶组织.当退火温度超过350℃时,铜层和铝芯晶粒长大,界面扩散层厚度增加,从而导致线材的延伸率下降.将单道次变形量控制在15%~20%,经过粗拉,制备了φ0.96 mm的丝材;粗拉后不进行退火处理,将单道次变形量控制在8%~15%,经过细拉,制备了表面光洁、直径为φ65 μm的复合微丝.在拉拔过程中,铜层和铝芯均出现〈111〉丝织构.      

三明治复合结构泡沫铝的制备及界面组织分析

采用冷压预制块(芯)与钢面板热压,然后发泡的工艺制备出了泡沫铝三明治复合结构(AFS).通过扫描电子显微镜(SEM)和元素线扫描对界面的微观组织及生成相成分进行了分析.试验结果和分析表明,热压过程中钢面板与芯部通过机械变形和元素扩散形成了牢固结合;发泡过程中,通过Fe、Al元素在界面的相向扩散,生成了FeAl3金属间化合物及(FeAl3+Al)共晶凝固组织,板芯间形成了良好的冶金结合界面.     

固溶处理对SiC_p/Al-Cu-Mg复合材料组织和性能的影响

采用粉末冶金方法和等温锻造技术制备了15%Si Cp/Al-Cu-Mg复合材料锻件,通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)和室温拉伸测试等方法研究了固溶温度与固溶时间对复合材料锻件微观组织和力学性能的影响。结果表明,热处理固溶温度较低、时间较短时,可溶性第二相粒子未充分回溶到铝基体中,铝基体的固溶强化效果不理想,材料强度较低;然而,固溶温度过高易导致材料过烧,从而导致材料的强度和塑性均降低。对复合材料物相分析表明,锻造态复合材料中的第二相主要是Al2Cu,Mg2Si以及少量的含Fe相,经510℃固溶2 h后,Al2Cu相可以充分回溶,而Mg2Si和含Fe相依然残留在基体中。复合材料最佳固溶温度是510℃,最佳固溶时间是2 h。此时获得的力学性能为:抗拉强度(Rm)=579 MPa、屈服强度(Rp0.2)=390 MPa、延伸率(A)=7%。     

Al/MoSi2复合粉末材料的机械合金化合成

通过机械合金化和热处理制备了Al/MoSi2复合粉末，利用X射线分析了相的变化，并根据Burgio模式估算了生成Mo(Si,Al)2相的球磨能。结果表明：Al-Mo-Si混合粉在高能球磨过程中无Al-Mo中间相产生，Mo(Si,Al)2相的机械合金化机理为类自蔓延，其生成所需的球磨能量约为24．5－30．6kJ.g^-1，将球磨40h的Al-Mo-Si混合烃经1000℃热处理后可获得MoSi2(Al)固溶体或MoSi2和Mo(Si,Al）2复合材料。     

铝镁包覆挤压材料界面微观组织与力学性能研究

采用反向挤压技术将AZ31镁合金和纯铝材料在不同温度下挤压形成包覆棒材。挤压过程中纯铝包覆在镁合金外侧,镁铝间形成冶金结合界面,实现了镁铝双金属的复合。挤压完成后使用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱(EDS)分析技术对镁铝包覆挤压合金进行了组织及力学性能分析,重点研究了铝镁合金结合界面处化学成分过渡及相结构的演化与分布,同时采用显微硬度计测试了镁铝结合界面的显微硬度。结果表明,通过反向热挤压工艺可以得到表面光洁、无明显缺陷的铝镁合金包覆挤压制品。在高温高压条件下,镁铝复合金属在界面结合区发生了元素扩散,铝镁合金浓度出现明显的梯度变化,进而在结合界面上发生冶金反应,形成约350μm厚的金属间化合物层,物相分析表明在靠近镁合金基体一侧生成富镁相Al12Mg17,靠近纯铝一侧生成富铝相Al3Mg2,主要为脆性相生成。沿包覆棒材横截面直径方向从边部到芯部进行显微硬度测试,结果表明,该合金包覆型材具有明显的力学不均匀性,在铝镁结合界面处的硬度高于两侧基体材料,其峰值硬度可达HV 200以上,包覆型材在结合界面的组织差异和强度、硬度失配导致结合界面的力学性能急剧弱化,容易产生开裂。     

新技术与成果

铝合金钎焊片和制法及使用该片的换热器和制法一种用于热换器管的钎焊片,该管具有厚度不超过0.25mm的三层结构,以铝合金作为芯材。铝合金包含0.2Wt%—2.5Wt%的Si、0.05Wt%—2.0Wt%的Fe、0.7Wt%—2.5Wt%的Cu、0.05Wt2%—2.0Wt%的Mn,其余为铝及杂质;一面覆盖有     

1.18Cu 高纯钢等温时效时富铜相的析出行为

用扫描电子显微镜(SEM)、高分辨电子显微镜(HREM)和HV50硬度计,试验研究了含铜高纯钢(%:0.014C,0.10Mn,0.05Si,1.18Cu,＜0.002S,0.006P) 650℃ 100 s～300 h等温时效时的组织和硬度。结果表明,650℃等温时效时富铜相优先在铁素体晶界析出,随等温时效时间增加,富铜相尺寸增大。650℃等温时效103s时,富铜过渡相与铁素体基体保持共格性,使硬度达到最大值。在过时效期间,富铜过渡相逐渐演化成fcc ε-Cu颗粒     

高温力学性能改善的铝合金复合材料

正欧洲专利US201414898422本发明涉及一种在高温下具有了改善力学性能的铝合金以及用这种铝合金为基体的B4C颗粒增强型复合材料和其它类型的复合材料。该合金成分为(质量分数,%):0.50～1.30Si、0.20～0.60Fe、Cu≤0.15、0.5～0.90Mn、0.6～1.0Mg、Cr≤0.20,其余为铝和不可避免的杂质。该合金可以被用作复合材料的基体,而增强相填充材料分散在基体中共同构成复合材料。     

热压原位合成（Cu-Mo）／Mo5Si3复合材料

为改善Mo5Si3的室温脆性,以Mo、Cu、Si粉体为原料,通过热压反应烧结原位合成制备了(Cu-Mo)/Mo5Si3复合材料。其微观组织由Mo5Si3和少量Mo形成的相和Cu基固溶体相两相组成,且各相分布均匀、组织致密。随着Cu含量(质量分数)的增加,Mo5Si3的体积分数减少,材料的硬度下降,而相对密度、抗弯强度和断裂韧度提高。Cu和Mo的协同增韧,加之Mo5Si3的高强度和高硬度使(Cu-Mo)/Mo5Si3复合材料具有良好的强韧性配合。     

Al-14Si复合材料显微组织与性能

采用原位反应和液态搅拌合成法制备混杂相（Al3Ti＋SiCp）增强过芡晶铝基复合材料,研究了（Al3Ti＋SiCp）／Al-14Si复合材料的微观组织和强化机理。结果表明：采用原位反应法生成的Al3Ti具有良好的细化晶粒效果;通过液态搅拌可以使得原位生成Al3Ti增强相粒子和初晶硅更加细化;由于SiCp的存在使得Al基体畸变,产生密集的位错,对过共晶铝合金的力学性能有着重要影响。     

WC-Fe3Al表面耐磨复合材料的研制

用药芯焊丝法制得WC-Fe3Al复合焊材,将该焊材堆焊于工件表面,利用氩弧物理热和Fe-Al反应热使碳化物硬质颗粒与Fe3Al金属间化合物复合,从而在焊层中形成碳化物颗粒强化的Fe3Al基复合材料.微观组织观察与XRD相分析表明,堆焊过程中WC颗粒发生分解,析出弥散分布的细小W2C相.基体相组成受WC-Fe3Al复合药芯焊丝制备时Fe/Al配比的影响,主要为Fe3Al相,但当Fe/A1配比不适当时会出现部分α-Fe.碳化物的弥散强化作用显著提高了Fe3Al基复合材料的硬度和耐磨性,使该材料成为一种有工业化应用前景的新型高温耐磨表面强化材料.