Cu-Sc中间合金在液态Al-Zr合金中的溶解

本文研究了Cu-20wt%Sc中间合金在液态Al-0.12wt%Zr合金中的溶解行为。发现随着保温温度提高和保温时间延长,含Sc质点的尺寸减小,面积分数降低,Al₃Zr相质点尺寸也减小,面积分数也降低。凝固后在α Al基体中的Sc、Cu和Zr的固溶量随保温时间延长和保温温度提高都增加。保温一定时间后,部分溶解到溶体中的Sc原子被吸附到Al₃Zr相表面,形成中间为Al₃Zr相表面富Sc的结构。Sc和Zr联合加入后,合金凝固组织细小,随着保温温度提高和保温时间延长,合金凝固组织的晶粒尺寸略有增大。大量表面富Sc的Al₃Zr质点为合金凝固提供了大量的异质形核核心,细化了合金组织。添加Cu-Sc中间合金的Al-Zr合金,均匀化退火后,同添加Al-Sc-Zr中间合金一样,也析出大量“芯壳”结构的Al₃(Sc,Zr)相。     

Cr、Mn、Zr、Ti微合金化对Al-Zn-Mg-Cu-Yb合金再结晶、第二相和断裂行为的影响

采用拉伸测试,结合XRD、TEM、SEM和EBSD等物相和微观结构表征,研究了单独添加Cr、Mn、Zr、Ti对Al-Zn-Mg-Cu-Yb合金第二相(特别是AlCuYb相)析出、基体再结晶行为和拉伸沿晶断裂的影响。研究结果表明：在同时添加Yb和Cu的铝合金中,微米级、粗大AlCuYb相的析出难以避免。但有趣的是,进一步添加Mn的合金中,由于析出了亚微米的Al₂₀Cu₂Mn₃相,可有效减少粗大AlCuYb相,在四种合金中形成的粗大相的数量最少。Al-Zn-Mg-Cu-Yb合金中添加Zr,可析出纳米级 Al₃(Yb, Zr)弥散相,有效抑制结晶,但是AlCuYb相的形成消耗Yb元素,降低了二次共格Al₃(Yb, Zr)弥散相的析出,此外粗大AlCuYb相颗粒诱发局部再结晶,一定程度降低了合金的强度。T6态 Al-Zn-Mg-Cu-Yb-Zr和Al-Zn-Mg-Cu-Yb-Mn合金经固溶后仍保持未再结晶纤维状结构,小角度再结晶分数高达50%以上,平均晶粒尺寸降至2~7 μm。相比之下,添加Cr或Ti的Al-Zn-Mg-Cu-Yb合金形成的均匀的再结晶晶粒,大角度再结晶分数高达80%,平均晶粒尺寸为40-96 μm。断裂时,尺寸1~3 μm的初生Al₂CuMg相(而非粗大AlCuYb相)优先诱发断裂,裂纹沿析出相连续、粗大且无沉淀析出相宽化的大角度再结晶晶界或原始晶界扩展。     

超高强铝合金Al-7.88Zn-2.05Mg-1.70Cu-0.19Er薄带的组织与性能

研究了Al-7.88Zn-2.05Mg-1.70Cu-0.19Er合金薄带的组织、力学性能和耐腐蚀性能。结果表明,对厚度为0.5 mm的冷轧态薄带试样进行475 ℃/1 h/水冷固溶处理及120 ℃/6 h+150 ℃/24 h双级时效处理后,薄带合金具有优良综合性能,其硬度、极限抗拉伸强度、屈服强度和伸长率分别为1859.1 MPa、669.4 MPa、624.1 MPa和11.2%,该力学性能与峰值时效态合金的力学性能相当。该状态下合金的电导率、剥落腐蚀等级和应力腐蚀敏感指数分别为35.5%IACS、EA和4.07%。细小的球状Al₃(Er,Zr)和η?相均匀分布在Al基体中,且大部分析出物与Al基体晶格共格。细小不连续分布的晶界析出η相是该合金具有较低应力腐蚀敏感性的主要原因。     

Zr-1.0Fe-0.2Cu合金在400 ℃/10.3 MPa过热蒸汽中的腐蚀行为

以高纯锆为母材制备Zr-1.0Fe-0.2Cu合金,并在400 ℃/10.3 MPa过热蒸汽中进行腐蚀实验。用SEM和TEM对合金基体及其腐蚀后生成氧化膜的显微组织进行研究。结果表明：Zr-1.0Fe-0.2Cu合金中只存在底心正交的Zr₃Fe第二相,Cu元素易偏聚在Zr₃Fe相内,使其不易以Zr₂Cu相的形式析出,Cu元素的添加能够细化合金中Zr₃Fe第二相。Zr-1.0Fe-0.2Cu合金在 400 ℃/10.3 MPa过热蒸汽中腐蚀100 d后,耐腐蚀性能优于Zr-1.0Fe以及Zr-4重熔合金,表明添加少量的Cu元素有利于改善合金的耐腐蚀性能。在腐蚀氧化过程中,含Cu的Zr₃Fe相会滞后于合金基体α-Zr相氧化而进入氧化膜。随着氧化进程的加深,第二相中的Zr元素氧化后会以t-ZrO₂的形式存在,Fe元素则氧化成m-Fe₃O₄。伴随着第二相的氧化进程,合金元素Cu和Fe会在氧化膜中扩散流失,不再呈现聚集状态。     

同时添加钪、锆对Al-10Mg合金再结晶机制的影响

利用电子背散射衍射(EBSD)和透射电子显微镜(TEM)研究了Al-10Mg及Al-10Mg-0.1Sc-0.1Zr合金在热压缩过程中的组织演变及动态再结晶机制。结果表明：同时添加Sc、Zr能够明显细化Al-10Mg合金的铸态晶粒,热处理后,Sc、Zr能够形成与α-Al基体共格的Al₃(Sc,Zr) 相,这些沉淀相能够提高合金的热变形抗力;在变形过程中,Al₃(Sc,Zr)相能够钉扎位错运动、降低晶界及变形带处的位错密度,使位错在沉淀相周围聚集,因而改变了Al-10Mg合金内部位错增殖与湮灭的过程、进而使Al-10Mg合金动态再结晶方式由不连续动态再结晶(DDRX)转变为连续动态再结晶(CDRX)。     

ZrCr梯度界面层对Zr/Al2O3涂层体系抗热震性能影响及机理研究

采用中频磁控溅射和超音速等离子喷涂依次在锆合金(Zr-4)基体表面制备了Zr(84.61 at.%)Cr/Zr(17.39 at.%)Cr/Al₂O₃(ZrCr梯度界面层)和Al₂O₃ (无ZrCr梯度界面层)涂层。利用XRD、SEM和HRTEM等重点分析了ZrCr梯度界面层对Zr-4/Al₂O₃涂层界面微观结构、结合强度和抗热震性能的影响。研究结果表明：通过增设ZrCr梯度界面层,能显著提升Zr-4/ZrCr/Al₂O₃体系结合强度至50.3±2.52 MPa,较Zr-4/Al₂O₃体系结合强度值提升约46%;循环热震条件下,Zr-4/ZrCr/Al₂O₃体系膜基界面完整,与ZrCr梯度界面层能显著提升界面结合强度且喷涂及热震实验过程中ZrCr梯度界面层Cr原子优先形成较致密的Cr₂O₃能进一步有效抑制氧扩散至Zr-4有关;Zr-4/Al₂O₃膜基界面则出现明显开裂甚至剥离行为,其主因是Zr-4/Al₂O₃两者界面热应力集中而导致Zr-4/Al₂O₃界面开裂;HRTEM和EDS线扫描结果证实在Zr-4/Al₂O₃界面开裂处形成的疏松ZrO₂氧化物是后续热震循环中进一步加剧涂层大面积剥落失效的根本原因。     

铸锭预析出处理对Al-4.3Zn-1.7Mg-0.17Zr (wt.%)合金组织与性能的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和单轴拉伸(TS)等测试方法对比研究无预析出处理的单级均匀化工艺和有预析出处理的双级均匀化工艺对Al-4.3Zn-1.7Mg -0.17Zr(wt.%)合金铸锭及板材的显微组织和力学性能的影响。结果表明：半连续铸造急冷条件下合金中复合添加的Mn、Cr和Zr等微量元素以固溶体的形式保留在基体中,过饱和固溶体在均匀化处理过程中分解析出Al₆Mn、Al₇Cr及Al₃Zr等预析出相粒子。在无预析出处理的470°C×24h单级均匀化工艺条件下,基体中析出的预析出相尺寸较大,分布不均匀。通过低温预析出处理能显著改善预析出相在均匀化过程中的析出行为,获得尺寸细小分布弥散的预析出相,同时晶界非平衡共晶组织也能得以消除,合金铸锭能获得最佳的均匀化效果。预析出相粒子具有很好的热稳定性,在热轧及后续固溶时效等热处理过程中不发生明显粗化,因而能显著抑制晶界迁移和位错运动,提高合金板材性能。     

新型Al-5Ti-0.8C中间合金对Al-Cu-Mn合金组织形貌和高温力学性能的影响

采用自蔓延燃烧反应法制备了一种新型Al-5Ti-0.8C中间合金,在此基础上采用不同含量（0%,0.1%,0.3%,0.5%,质量分数,下同）的中间合金对Al-Cu-Mn合金进行变质处理,研究该中间合金及其含量对Al-Cu-Mn合金组织形貌和高温力学性能的影响。结果表明：新型Al-5Ti-0.8C中间合金能够显著细化Al-Cu-Mn合金的晶粒尺寸,提高合金热处理过程中θ′(Al₂Cu)相的析出密度,且细化析出相尺寸。其次,变质处理后合金的高温抗拉伸强度显著提高,且随着温度升高,抗拉伸强度的下降程度减小,主要原因在于变质处理后合金中析出均匀分布的细小θ′(Al₂Cu)相以及热稳定性高的Al₃(Ti,Zr)纳米颗粒。此外,当Al-5Ti-0.8C中间合金含量为0.3%时,Al-Cu-Mn合金的组织形貌和高温力学性能最优。     

Ho添加对Al-Zn-Mg-Cu合金均匀化热处理过程中微观组织和性能演变的影响

通过SEM、OM和DSC,研究添加Ho的Al-Zn-Mg-Cu合金均匀化热处理制度,测试不同均匀化热处理过程中合金的电导率和硬度变化。结果表明,铸态合金中存在4种第二相：T(AlZnMgCu),Al₇Cu₂Fe,Al₈Cu₄Ho 及S (Al₂CuMg),第二相导致合金元素分布存在严重微观偏析。合金在475 ℃均匀化热处理20 h后,T相完全回溶基体且未观察到S相,仅剩余Al₇Cu₂Fe和Al₈Cu₄Ho。硬度和电导率随T相的回溶而变化,T相的回溶使得合金硬度升高,电导率降低。同时,在475 ℃均匀化热处理5~20 h过程中,Al₃Ho相析出,这一现象引起硬度和电导率的升高。结合均匀化动力学分析,确定合金适宜的均匀化热处理制度为470~475 ℃/20~25 h。     

Mg-8.07Al-0.53Zn-1.36Nd轧制镁合金热处理过程中静态沉淀、再结晶及织构演变研究

采用SEM、EBSD、EDS等测试方法对不同热处理温度下Mg-8.07Al-0.53Zn-1.36Nd镁合金微观组织及织构进行表征。结果表明：热处理后的合金主要由α-Mg基体、β-Mg₁₇Al₁₂沉淀以及含Nd化合物组成。400℃以下热处理后的合金中存在β-Mg₁₇Al₁₂沉淀析出区域和无析出区域双峰组织,主要沿变形带和孪晶界面析出的大量纳米级颗粒状β-Mg₁₇Al₁₂沉淀先于α-Mg基体静态再结晶的形成。升高退火温度,β-Mg₁₇Al₁₂数量变少,稀土相尺寸数量未有明显变化,双峰组织中的β-Mg₁₇Al₁₂沉淀无析出区域优先发生静态再结晶,这表明沉淀颗粒能够延缓静态再结晶。400℃热处理后的合金中β-Mg₁₇Al₁₂沉淀溶解、数量显著减少,镁基体发生完全再结晶且再结晶晶粒明显长大。EBSD结果显示,热处理后的实验合金织构主要以弱化的基面织构为主,并伴有部分非基面织构,400℃以下热处理的合金中,数量较多的β-Mg₁₇Al₁₂沉淀对弱化基面织构具有重要作用。随着热处理温度的升高,合金中位错密度下降,主要织构组分由{0001}<10-10>形变织构向{0001}<11-20>再结晶织构转变。     

Al-Zr-Y合金的时效析出机制和性能

采用透射电镜、扫描电镜、三维原子探针等手段研究Al-Zr-Y合金的时效析出行为及Y含量对合金性能的影响规律。结果表明:Al-Zr-Y合金时效初期首先析出Al_3Y相,可能成为Al_3Zr时效析出的异质核心;长时间时效后,Y有向析出相和基体界面处偏聚的倾向,最终形成无核壳结构的Al_3(Zr,Y)复合析出相;在三元Al-Zr-Y合金中,由于Zr的存在,Y在α(Al)中的平衡固溶度大幅度下降,600℃下的平衡固溶度从0.13%(质量分数)降至0.03%。Y含量较高的Al-0.30Zr-0.08Y在凝固及冷却过程中,过饱和的Y转变为沿晶界分布的Al_3Y共晶和晶内一次析出微米级Al_3Y颗粒,使铝基体中的有效Y含量较Al-0.30Zr-0.03Y中的降低4倍。Al-0.30Zr-0.03Y合金在时效过程中表现出更高的形核密度、更小的析出相尺寸和更优的抗粗化能力,合金的抗再结晶温度达到500℃,比Al-0.3Zr和Al-0.30Zr-0.08Y合金的抗再结晶温度分别高出125和75℃。     

Mg-8.07Al-0.53Zn-1.36Nd镁合金微观组织及裂纹演变行为研究

利用XRD、SEM、TEM、EDS等测试方法对Mg-8.07Al-0.53Zn-1.36Nd镁合金微观组织结构进行了表征与分析,并采用原位拉伸试验研究了合金显微组织对裂纹萌生及扩展行为的影响。研究结果表明：试验合金组织中主要包括α-Mg基体,β-Mg₁₇Al₁₂,α β共晶相,Al₁₁Nd₃针状相和Al₂Nd颗粒相。Al₂Nd存在孪晶结构,孪晶面为{11-1},Al₁₁Nd₃存在连续的凹凸界面结构。合金室温原位拉伸试验结果显示：裂纹主要在粗大的β-Mg₁₇Al₁₂相内部萌生,裂纹扩展方式包括沿晶扩展和穿晶扩展方式。裂纹穿晶扩展主要归因于沿晶界分布的Al₁₁Nd₃、Al₂Nd相与周围组织界面结合能力较强,Al₁₁Nd₃凹凸界面对基体与共晶组织的啮合作用显著。     

SiCp颗粒含量对SiCp/ Mg–5Al–2Ca复合材料组织与性能的影响

本研究通过搅拌铸造法制备了三种不同体积分数(2%,5%, 10%)的SiCp/Mg–5Al–2Ca复合材料,并在673 K下进行了热挤压。铸态复合材料中,少量SiCp颗粒的加入就能破坏了Al₂Ca相沿基体合金晶界分布并有效细化Al₂Ca相析出尺寸。随着SiCp体积分数的增高,Al₂Ca相尺寸有所降低,但不明显。经过热挤压后,Al₂Ca相破碎并沿挤压方向排布,基体合金晶粒得到细化。晶粒尺寸以及Al₂Ca相尺寸随着SiCp体积分数的增高呈微小降低。与单组元基体合金相比较,挤压态SiCp/Mg–5Al–2Ca复合材料的屈服强度和加工硬化率随着SiCp体积分数的增高而逐渐增高,而延伸率则逐渐下降;抗拉强度最大值则出现在SiCp体积分数为5%时。复合材料中SiCp颗粒以及Al₂Ca相的脱粘以及开裂是导致复合材料断裂的主要原因。     

原位颗粒对近液相线铸造6063铝合金微观组织和耐磨性的影响机理

以CuO-Al作为反应体系,在6063铝合金中原位反应生成Al₂O₃颗粒,采用近液线相铸造的方法制备6063Al-XAl₂O₃(X=0,2,4,6)复合材料。研究原位反应颗粒Al₂O₃与6063铝合金自带的原位结晶颗粒Mg₂Si的形状、尺寸、数量、分布、界面特征等对合金微观组织和耐磨性的影响机理。结果表明,在6063铝合金中原位反应生成尺寸在亚微米级的近球形θ-Al₂O₃颗粒;其(311)晶面与6063铝合金基体(111)晶面成共格界面;6063铝合金中Mg₂Si尺寸大约为100nm,呈条带状,其(02-2)与Al基体(111)晶面属于共格界面。随着Al₂O₃颗粒含量的增加,6063铝基复合材料的晶粒组织形貌由蔷薇状逐渐向等轴晶转变,晶粒尺寸逐渐减小。当Al₂O₃的质量分数为6%时,复合材料组织由等轴晶和细小的柱状晶组成。载荷为50N时,6063铝合金的磨损量为6.72mg,6063-6Al₂O₃复合材料的磨损量为1.63mg,相对于6063铝合金降低75.7%。原位颗粒(Al₂O₃+Mg₂Si)与铝基体都成共格界面,界面之间无污染,界面结合强度高,在磨损过程中,不易从基体中脱落,承当磨损过程中的大部分载荷。原位生成高硬度的Al₂O₃颗粒与原位结晶颗粒Mg₂Si协同作用共同提高复合材料的耐磨性。外加载荷为40N时,随着增强相质量分数的增加,复合材料的磨损机制由粘着磨损转变为磨粒磨损。6063铝合金磨损机制以严重的粘着磨损为主。6063-2Al₂O₃复合材料磨损机制主要以粘着磨损为主,6063-4 Al₂O₃和6063-6Al₂O₃复合材料主要表现为磨粒磨损。     

高镁低钪Al-Mg-Sc-Zr合金强韧化机理研究

本文通过常规轧制与退火工艺制备了具有高抗拉强度(~502MPa)和高断后延伸率(~22%)的高镁低钪Al-Mg-Sc-Zr合金,退火工艺为673K/1h。通过X射线衍射仪(XRD)、电子背散射衍射仪(EBSD)和透射电子显微镜(TEM)等手段,研究了合金退火后的组织及其强化机制。结果表明：Al-Mg-Sc-Zr合金在退火后获得了具有尺寸为0.42 μm的小晶粒和尺寸为16.2μm的大晶粒的双峰晶粒组织,固溶镁原子与Al₃(Sc,Zr)相的存在与共同作用促进了具有较大晶格畸变、存在大量亚晶及均匀弥散分布析出相的双峰晶粒组织的形成;合金主要强化方式为镁原子的固溶强化、亚晶界阻碍位错引起的亚晶界强化、细晶强化和Al₃(Sc,Zr)相的弥散强化,且合金计算与实测屈服强度相吻合;高镁固溶度、Al₃(Sc,Zr)相、双峰晶粒及再结晶织构的存在为位错增殖提供了空间,提高了合金加工硬化率,进而提高了合金的延伸率。     

-180℃深冷处理对7A99铝合金峰值时效强韧性能与析出行为的影响

对7A99超高强铝合金反向挤压板材采用T6峰值时效处理与-180℃冷热循环时效热处理(简称T6-DCT),通过XRD、TEM、HRTEM与3DAP研究-180℃深冷处理对7A99铝合金反向挤压板材强韧性能以及析出行为的影响。结果表明,-180℃冷热循环时效处理使得铝基体的晶格常数由由0.40551 nm 增至0.40626 nm,起到了一定的固溶强化作用;-180℃冷热循环时效处理后晶粒内部生成大量与基体非共格的η相,晶界处η相呈现断续分布并形成晶界无析出带,降低材料的拉伸强度;-180℃冷热循环时效处理促进基体中Zn和Mg元素原子的微观偏聚,导致了Zn和Mg元素的非均匀析出;-180℃深冷处理可以减小时效终态析出相的平均等效半径与析出密度,将等效半径由1.2 nm减小至1.14 nm,将析出密度由4.53×10₂₄/m₃降低至3.87×10₂₄ /m₃,削弱析出强化效果; -180℃冷热循环时效处理后合金的强韧匹配性能得到显著改善,强度略有降低,韧性显著提高。     

Al-Si-Mg-Sc铸造合金微观组织演变及其细化变质机制研究

本文利用真空感应熔炼炉制备了Al-7%Si-0.3%Mg-X%Sc(X=0、0.1、0.2、0.3、0.5和0.8)铸造合金。采用扫描电子显微镜(SEM),能谱仪(EDS)和透射电子显微镜(TEM)等测试手段,表征了实验合金的微观组织,探讨了实验合金的细化变质机制。结果表明：实验合金主要物相包括α-Al、共晶Si、Al₃Sc、AlSc₂Si₂、富铁相(β-AlFeSi和π-AlSiMgFe)等。添加Sc元素后的实验合金组织均得到细化。随着Sc含量的增加,α-Al枝晶间距减小,共晶Si尺寸变小。当Sc含量为0.3%时,实验合金细化效果最好。α-Al细化主要归功于含Sc合金中产生大量细小的Al₃Sc颗粒与基体α-Al共格,且二者晶格错配度为1.0%,Al₃Sc可以作为α-Al的有效异质形核质点。添加Sc后的共晶Si发生变质及得到细化,这是因为存在于共晶Si中的稀土Sc元素,可以作为杂质元素被吸附在共晶Si{111}密排面上,从而促发共晶Si形成孪晶。此外,合金中形成的AlSc₂Si₂能够消耗部分Si元素,使得共晶Si数量减少、尺寸减小。     

TiP/AM60复合材料的组织与力学性能

采用超声振动辅助半固态搅拌法在不同搅拌速度下制备了钛颗粒增强AM60镁基复合材料。显微组织结果表明,加入Ti颗粒后,晶粒尺寸增大,Ti颗粒界面处析出Al₈Mn₅相,Ti颗粒与Mg基体的界面结构为结合良好的共格界面。拉伸试验结果表明,Ti_P/AM60复合材料的抗拉强度高于AM60镁合金基体。随着搅拌速度从300 r/min增加到900 r/min,抗拉强度和伸长率均先增大后减小。当搅拌速度为 600 r/min时,Ti_P/AM60复合材料的抗拉强度和伸长率分别达到最大值183 MPa和14.3%。与AM60基体合金相比,复合材料的抗拉强度提高了15%,延伸率提高了51%。     

Cu-Cr-Zr-Sn合金的时效析出行为与性能

采用TEM对Cu-0.22Cr-0.05Zr-0.05Sn合金不同形变热处理状态微观组织的演变以及时效过程中析出相的状态进行研究,并以此解释形变热处理过程中合金力学性能和导电性能的变化.结果表明,合金中存在2种析出相,分别是Cr相和Cu4Zr相.其中Cr相在时效过程中分别经历了固溶体、GP区、脱溶并与基体共格以及长大;而Cu4Zr相则以早期Cr析出相为核伴随析出,与基体半共格.由于析出相尺寸很小,且分布较为均匀,使合金具有很强的时效强化效果,经940℃固溶1h后冷加工至变形率为96％并在400℃时效4h,合金的抗拉强度和电导率可分别达到400 MPa和84％IACS.对于该合金,时效温度是决定合金综合性能的关键,而时效时间对综合性能的影响并不显著.     

B和Ce对Co-8.8Al-9.8W-2Ta合金组织和性能的影响

为了改善Co-8.8Al-9.8W-2Ta合金的性能,添加0.4at.%的Ce元素和B元素,研究其对基体合金组织和性能的影响。结果表明：Ce元素和B元素均可以抑制二次相析出,并对二次相有球化作用;0.4Ce合金晶界区域析出Co₃W相,Ce元素主要形成化合物Ce₂Co₁₇和Al₂Ce₂Co₁₅,0.4B合金晶界区域析出Co₃W和Co₇W₆相,B元素主要形成CoW₂B₂;Ce元素和B元素均可以提高合金的显微硬度,0.4Ce合金显微硬度最高。