不同成分Al-Mg_2Si复合材料相成分变化规律

为了研究Mg_2Si含量不同的Al-Mg_2Si复合材料中相成分的变化规律,利用原位内生工艺制备Al-15%Mg_2Si、Al-20%Mg_2Si、Al-25%Mg_2Si和Al-30%Mg_2Si这4种不同成分的复合材料,并通过实验和理论模拟相结合的手段来分析。SEM、EDS、DSC以及XRD定性和定量分析的实验结果表明,4种成分Al-Mg_2Si复合材料中主要含α(Al)相和Mg_2Si相,但Mg_2Si实测的质量分数均比理论值小。利用基于密度泛函理论的第一性原理的模拟方法,计算Al-Mg_2Si复合材料中可能相(Mg_2Si和Mg17Al12)的结构稳定性和电子结构。结果表明:Mg_2Si相的键合能力、合金化能力和晶体结构稳定性均优于Mg17Al12相的。所以,Mg_2Si相是Al-Mg_2Si复合材料中优先形成的结构稳定的化合物,而Mg_2Si相含量减少可能是由于Mg元素烧损引起的,适当增加Mg加入量能有效减小实验误差。     

DC铸造Al-12Si-0.65Mg-xMn合金中第二相的形成

采用LSCM、XRD、SEM、TEM及其附带的EDS,结合相图分析研究了半连续铸造(DC铸造)Al-12Si-0.65Mg-(0~2.27)Mn(质量分数,%)合金铸锭中的第二相及其形成过程。结果表明,Al-12Si-0.65Mg合金铸锭中存在α-Al、共晶Si、Mg_2Si和p相(Al_8Mg_3FeSi_6),它们分别是在567℃通过L+Al_5Fe Si→α-Al+Si+Al_8Mg_3FeSi_6、555℃通过L→α-Al+Si+Mg_2Si及550~554℃通过L→α-Al+Si+Mg_2Si+Al_8Mg_3FeSi_6反应形成的。当合金中添加Mn时,α-Al枝晶明显细化,同时合金铸锭中出现α-Al(FeMn)Si相;当Mn含量(质量分数,下同)从0.10%增加至2.27%时,α-Al枝晶形貌、尺寸及数量无明显变化,α-Al(FeMn)Si数量增多而尺寸不变;当Mn含量达到1.07%时,合金在647℃通过L+Al_6Mn→α-Al+Al_9Mn_4Si_3反应生成尺寸约80 mm的Al_9Mn_4Si_3,其中溶解了少量Fe形成Al_9(FeMn)_4Si_3,随Mn含量增加其数量增多而尺寸不变;经550℃均匀化处理后,合金中的Mg_2Si相溶入基体消失,共晶Si、p相和α-Al(FeMn)Si相球化成颗粒状,Al_9(FeMn)_4Si_3相形貌、尺寸及数量几乎不变,Al-12Si-0.65Mg-(0.10~2.27)Mn合金基体中析出尺寸约几百纳米的Al_9(MnFe)_2Si_3弥散相粒子,其数量随Mn含量增加而增多。     

Al-15wt.%Mg2Si复合材料中二元相的研究

原位内生法制备Al-15wt%Mg₂Si复合材料,其中二元相成分的研究很少,本文通过XRD测试方法,定性和定量的分析材料中的相成分和相含量。利用Reflex模拟Al-Mg-Si系合金的XRD衍射图谱,并与XRD测试结果对比。利用CASTEP中基于密度泛函理论的第一性原理方法,对Al-Mg₂Si复合材料中的Mg₂Si相和Mg₁₇Al₁₂相的平衡晶格常数,热力学参数和弹性性质做了系统的研究,分析两相的稳定性和力学性能。XRD分析结果显示,Al-15wt%Mg₂Si复合材料中仅含有α-Al相和Mg₂Si相,且Mg₂Si相的质量分数为14.9wt.%。模拟与实验中,相同晶面指数的XRD标定值相差很小,实验值验证了模拟值的可靠性。模拟值证实Al-Mg₂Si复合材料中,理论上只形成α-Al相和Mg₂Si相。CASTEP计算结果表明,Al-Mg₂Si复合材料中的Mg₂Si相较Mg₁₇Al₁₂相易于形成,且稳定性较好。Mg₂Si相的弹性模量E,剪切模量G,体模量B均大于Mg₁₇Al₁₂相,Mg₂Si相的力学性能较好,但脆性较大,且塑性较差。     

挤压前固溶处理对ECAP态Mg-9Al-1Si合金组织及性能的影响

采用金相(OM)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、拉伸实验等方法研究了铸态和固溶态Mg-9Al-1Si合金在等通道转角挤压(ECAP)后的组织和力学性能。结果表明:铸态的Mg-9Al-1Si合金经过4道次ECAP变形后,网状Mg_(17)Al_(12)相和汉字状Mg2Si相破碎成颗粒状,但Mg_(17)Al_(12)颗粒的尺寸(~15μm)仍然很大,且Mg_(17)Al_(12)和Mg_2Si颗粒分布不均匀,削弱了合金力学性能。固溶态的Mg-9Al-1Si合金经过4道次ECAP变形后,析出细小的Mg_(17)Al_(12)颗粒(~1μm)和破碎的Mg_2Si颗粒呈均匀分布,晶粒明显细化,力学性能显著提高,抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到了280 MPa、178 MPa和6.8%。     

铸态Mg-Li-Al-xSi合金微观组织和力学性能（英文）

实验铸造了Mg-9Li-3Al-x Si(x=0,0.1,0.5,1.0,质量分数,%)合金并通过OM,SEM,XRD和力学性能测试对其进行了研究。结果表明:铸态Mg-9Li-3Al合金组织中主要由α-Mg、β-Li、Mg_(17)Al_(12)相组成。加入Si后,合金中出现了新相Mg2Si,晶粒得到了明显细化,且Si能够抑制Mg_(17)Al_(12)的形成;当合金中的Si含量过高时,α-Mg相粗化,且会在相界处出现块状和汉字状的Mg_2Si相。合金的强度随着Si含量的增加呈现先增加后降低的趋势,合金的延伸率随着Si含量的增加呈现逐渐降低的趋势。当合金中Si含量为0.1%时,抗拉强度达到最大值182.5 MPa,延伸率为12.1%。     

旋转磁场对Mg_2Si/Al复合材料半固态凝固组织的影响

通过微观组织分析研究了在半固态对亚共晶、共晶和过共晶成分的Mg_2Si/Al复合材料施加旋转磁场后凝固组织特征。结果表明:复合材料合金凝固组织经过电磁搅拌后能够有效地细化Mg_2Si相,并使得α-Al相变得细小且非枝晶化。施加旋转磁场对共晶成分的Al-7Si-8.9Mg_2Si合金凝固组织初生Mg_2Si相细化效果明显好于过共晶成分的Al-7Si-17Mg_2Si合金。施加旋转磁场对亚共晶成分的Al-7Si-5Mg_2Si合金和过共晶成分的Al-7Si-17Mg_2Si合金共晶Mg_2Si相的细化效果明显好于共晶成分的Al-7Si-8.9Mg_2Si合金凝固组织。     

过剩Si对原位合成20%Mg_2Si/Al复合材料微观组织与硬度的影响

采用原位反应法制备了20%Mg_2Si/Al基复合材料,研究了过剩Si含量对该复合材料显微组织和硬度的影响。结果表明:未添加过剩Si时,复合材料中的初晶Mg_2Si相呈现出粗大的树枝晶和多边形块状,其硬度值最低约为82 HB;当过剩Si含量为5%时,初晶Mg_2Si相的尺寸最为细小,复合材料的硬度值增加至93 HB;当过剩Si含量为8%时,初晶Mg_2Si相的晶粒粗化,α-Al相球化,复合材料的硬度达到最大,约为108 HB,提高了31.7%。     

AZ91D镁合金表面堆焊Al-Si合金涂层微观组织及分析

目的在镁合金上堆焊Al-Si合金涂层,分析Mg/Al界面处过渡区的组织、成分与形成过程。方法采用低成本、高效的直流脉冲熔化极气体保护焊(DC-PMIG welding),在低热输入下将ER4043(AlSi5)焊丝堆焊到AZ91D镁合金表面,形成Al-Si合金涂层。采用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪分析Mg/Al过渡区的微观组织,讨论过渡区的组织、成分,并分析其形成过程与机理。结果过渡区分为两部分。区域Ⅰ的主要成分依次为Mg+Al_(12)Mg_(17)、Al_(12)Mg_(17)、Al_(12)Mg_(17)+Al_3Mg_2和Al_3Mg_2,不规则块状Mg_2Si相弥散分布于其中。区域Ⅱ的主要成分为柱状α-Al,表面析出了大量点状Al_3Mg_2,α-Al柱状晶晶界处存在黑色点状Mg_2Si。结论直流脉冲熔化极气体保护焊能够在AZ91D镁合金表面制备Al-Si合金涂层,基体与涂层之间存在过渡区,过渡区中不同位置的镁、铝相对含量不同,成分也不相同。区域Ⅰ与区域Ⅱ中Mg_2Si不同的析出顺序,使其微观结构不同:Mg_2Si在镁含量相对较多的区域Ⅰ中优先析出并长大,形成块状Mg_2Si;而区域Ⅱ中率先析出α-Al,随后在α-Al晶界处形成了黑色点状Mg_2Si。     

不同Mg、Si质量比对压铸铝合金组织与性能的影响

研究了Mg、Si质量比对Al-4Mg-xSi-0.6Cr合金组织和性能的影响。结果表明,未加入Si时,Mg主要固溶于α-Al基体中,少量形成颗粒状的Al_3Mg_2相,综合力学性能好。随着Si的加入,Mg主要与Si形成Al-Mg_2Si共晶组织,合金强度显著提高,但是塑性急剧下降。Mg、Si元素质量比减小导致Al-Mg_2Si共晶组织层片间距增大,形貌变为带有尖端的凹多边形,容易在拉伸过程中形成应力集中,加速合金断裂。当Mg、Si质量比减小到1.6时,继续提高Si含量,Mg_2Si相的数量不再增加,但是有长条状共晶Si生成,强化合金的同时使合金的塑性进一步降低。含Cr相的种类和形貌与Mg、Si元素质量比有关,过剩Mg时Cr元素以大块状Al13Cr2相存在,过剩Si时Cr元素以不规则状Al5(Cr,Fe)Si相均匀分布。     

Sm对挤压Mg-6Al-1.0Ca-0.5Mn镁合金微观组织及力学性能的影响

制备了Mg-6Al-1.0Ca-0.5Mn-x Sm(x=0.5,1.5,4.5,质量分数,%)合金,研究了合金的显微组织和力学性能。实验结果表明,随着Sm质量分数的增加,Al_2Sm相主要在晶内析出且体积分数增加,相反Mg_(17)Al_(12)相的体积分数降低;挤压后合金发生动态再结晶,晶粒细化。在室温条件下,含1.5%Sm合金显示了最佳的力学性能,其极限抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为316 MPa,148 MPa和21.3%。该合金优异的力学性能主要是由于晶粒细化、Al_2Sm颗粒的弥散强化和减少Mg_(17)Al_(12)相的析出。     

热处理对Al2 O3f/Mg-6Al-0.5Nd-xGd复合材料组织及硬度的影响

采用无压浸渗技术制备Al_2O_(3f)/Mg-6Al-0.5Nd-xGd复合材料,利用光学显微镜、维氏硬度计与扫描电镜研究热处理工艺对Al_2O_(3f)/Mg-6Al-0.5Nd-xGd微观组织及硬度的影响。结果表明:T4热处理后α-Mg基体相晶粒变得细小;块状Mg_2Si相变得细小弥散;绝大部分的β-Mg_(17)Al_(12)相溶入α-Mg基体中;稀土化合物Al_2Nd、Al_2Gd相熔点较高,在T4态温度不能固溶。T6热处理后,β-Mg_(17)Al_(12)相再次析出,呈弥散颗粒状或层片状分布,使铸态时粗大的网状结构变细小,且稀土元素Gd具有推迟和抑制β-Mg_(17)Al_(12)相析出的作用。在Gd含量为1.0%时,经T6处理的复合材料硬度达到峰值210 HV5,比铸态提高了40%。     

固溶处理对Mg-8Al-1Zn-1Si-0.6Sb合金组织与力学性能的影响

采用重力铸造法制备Mg-8Al-1Zn-1Si-0.6Sb合金,研究了固溶处理对该合金组织及力学性能的影响。结果表明,铸态合金主要由α-Mg、β-Mg_(17)Al_(12)、Mg_2Si、Mg Zn和Mg_3Sb_2相组成。对合金进行430℃×(8～32) h固溶处理,随保温的时间延长,Mg Zn相和β-Mg_(17)Al_(12)相固溶于α-Mg基体;粗大汉字状Mg_2Si相发生球状化;与此同时,合金的室温及高温(150℃)抗拉强度、屈服强度和伸长率逐步提高,硬度逐渐下降。铸态与固溶处理态合金的拉伸断裂形式均呈准解理脆性断裂。     

Al-5Mg-0.8Mn合金的凝固组织研究

通过重熔-凝固试验,研究了接近AA5083合金成分的Al-5Mg-0.8Mn合金的凝固组织。结果表明:Fe和Si元素对Al-5Mg-0.8Mn有重大影响,促进了金属间化合物Al_6(Fe,Mn)和Mg_2Si的形成。当Fe、Si含量很低时,Al-5Mg-0.8Mn合金的凝固组织非常简单,只是在α-Al基体上零星散落着一些细小的Al_6(Fe,Mn)共晶相。当Fe、Si含量较高时,合金中不但出现了大量粗大的Al_6(Fe,Mn)和Mg_2Si共晶相,而且,共晶相Al_6(Fe,Mn)呈现多种不同的形态,而Mg2Si相主要呈汉字状。     

3103铝基PS版析出相的第一性原理研究

采用基于密度函数理论(DFT)的全势线性缀加平面波(FPLAPW)的方法,结合JMat Pro软件,研究了3103铝合金PS版凝固过程中的析出相与基体间费米能级差异及其弹性性质等。结果表明:在3103铝基PS版中除α-Al之外,存在的析出相主要有α-Al(Fe,Si)、Al_6Mn、Al_(18)Cr_2Mg_3、Mg_2Si、Al_3Ti,Al_3Zr、Al_2Cu以及Mg Zn_2相;其中Mg_2Si电极电位与Al基体相差最大,最易与基体形成微腐蚀电池,使PS版的耐腐蚀性下降。通过计算各个相的形成热及结合能,表明除α-Al(Fe,Si)相之外,各个相的形成均为放热过程且Al_3Ti、Al_3Zr相结合能最大,结构最稳定。     

Mg-16Al-12Zn-4Si-xCa-ySb合金的显微组织与力学性能

采用重力铸造法制备了Mg-16Al-12Zn-4Si-x Ca-y Sb合金,研究了Ca和Sb添加对合金组织及力学性能的影响。结果表明,未添加Ca、Sb时,合金主要由α-Mg基体、β-Mg_(17)Al_(12)、Mg_2Si及Mg Zn_2四相组成;添加微量Ca、Sb后,出现了Mg_3Sb_2和CaSi_2新相,初生Mg_2Si相由粗大的骨骼状转变为多边形块状;随Ca含量的增加,合金的抗拉强度先提高后降低。合金断裂形式为准解理脆性断裂。     

铸造方法对Al-Mg-Mn-Ce合金组织和力学性能的影响

采用砂型铸造、金属型铸造和压铸制备了Al-5.0Mg-0.6Mn-0.25Ce合金,研究了不同铸造方法(冷却速率)对合金组织和力学性能的影响。结果表明,随着冷却速率增加,铸态合金中的α-Al枝晶发生等轴化,粗大的第二相发生细化。低冷却速率时,砂型铸造、金属型铸造合金的铸态组织主要由α-Al枝晶和分布在周围的Al_3Mg_2相、Al_6(Fe,Mn)相、Mg_2Si相等第二相组成;高冷却速率时,压铸合金则由α-Al等轴晶和分布在其周围的短棒状含Mn相、针状Mg_2Si相组成。随着冷却速率增加,铸态合金的屈服强度、抗拉强度逐渐增加,而伸长率则呈现先增后减的趋势,这主要是与合金显微组织和内部气孔、缩孔等缺陷有关。冷却速率越高,合金组织越细,并且Mg、Mn固溶在α-Al基体内的含量增多,所以合金强度越高。然而,压铸合金中,组织内存在气孔和针状Mg_2Si相降低了合金的塑性。     

Te变质处理对原位自生Mg_2Si/AZ91D复合材料的影响

研究了Te变质处理对原位自生Mg_2Si/AZ91D复合材料组织与力学性能的影响,探索了变质机理。结果表明:Te变质使复合材料中初生Mg_2Si基本消失,共晶Mg_2Si数量增多,尺寸减小,并且部分共晶Mg_2Si由汉字状变成了蠕虫状和短杆状,β-Mg_(17)Al_(12)由断续的网状变成了细小的板条状、颗粒状。α-Mg基体的晶粒尺寸随Te含量的增加而减小。Te含量为0.7%时,复合材料的室温和高温(150℃)力学性能最佳。     

Si含量对Mg-8Al-8Zn-xSi合金组织与力学性能的影响

采用重力铸造法制备Mg-8Al-8Zn-xSi(x=1,2,4,质量分数)镁合金。研究了不同Si含量对合金显微组织及室温和高温(150℃)力学性能的影响。结果表明:合金主要由α-Mg基体、β-Mg_(17)Al_(12)、Mg_2Si和MgZn相组成。随着Si含量的增加,Mg_2Si颗粒由汉字状逐渐转变为粗大的骨骼状。Si含量从1%增加到2%和4%时,Mg_2Si颗粒的平均尺寸由25μm分别增大到30μm和150μm;合金的硬度逐渐提高;其室温及高温抗拉强度、屈服强度和伸长率均呈现先提高后下降的趋势;室温及高温拉伸断裂形式为准解理脆性断裂。     

Mg-Al-Sn-Y合金中二元相的电子结构与弹性性质的第一原理计算

采用基于密度泛函理论的CASTEP程序包,计算了Mg-Al-Sn-Y合金中Mg_(17)Al_(12),Mg_2Sn和Al_2Y相的结构稳定性、电子结构和弹性性能等。合金形成热△H和结合能E_(coh)的计算结果表明,Al_2Y相具有最强的合金化能力与体系结构稳定性。电子结构的分析结果解释了这3种金属间化合物的结构稳定性机制和脆性本质。计算出了Mg_(17)Al_(12),Mg_2Sn和Al_2Y三相的3个独立的弹性常数,并进一步得出了体模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比等。分析表明Mg_(17)Al_(12),Mg_2Sn和Al_2Y三相均为脆性相,其中Al_2Y最脆且最硬。     

Sr对Sb变质Mg-5Sn-1.5Al-1Zn-1Si合金组织的影响

用重力铸造法制备Sb及Sr+Sb联合变质Mg-5Sn-1.5Al-1Zn-1Si合金,再进行不同的固溶处理,研究Sr对Sb变质Mg-5Sn-1.5Al-1Zn-1Si合金组织的影响。结果表明:Sb和Sr+Sb联合变质均可以使初生Mg_2Si和Mg_2(Si,Sn)颗粒发生不同程度的球化,而Sr+Sb联合变质比Sb单变质具有更好的细化和球化效果;Sr+Sb联合变质后,共晶Mg_2Si和Mg_2(Si,Sn)相由汉字状变为细小近似球形或多边形颗粒状;Sb变质Mg-5Sn-1.5Al-1Zn-1Si合金在较低固溶温度和较短保温时间下即可使大部分Mg17Al12相和部分Mg_2Sn相固溶到基体中,而Sr+Sb联合变质合金组织中,Mg_(17)Al_(12)和Mg_2Sn依然清晰可见,未完全溶解的Mg_(17)Al_(12)相发生球化,均匀的分散在基体中;Sr+Sb联合变质Mg-5Sn-1.5Al-1Zn-1Si合金固溶温度要比Sb单变质时略高一些,但对固溶时间的影响并不明显。