钢-铝轧制复合材料界面生成化合物的热力学计算及分析

通过分别添加Mn、Si、Zn、Ni四种合金元素进行界面调控,采用X射线衍射分析了钢-铝复合材料界面生成物相的类型,并对界面物相的生成进行了热力学计算和分析。结果表明:钢-铝复合材料界面生成的化合物主要是Fe2Al5,界面合金化处理不能改变钢-铝复合材料界面化合物的生成类型。但添加Si、Zn合金元素能在500℃扩散退火,保温1 h热处理工艺制度下,延缓Fe2Al5相生成时间,改善界面的结合。Mn、Ni合金元素对延缓界面化合物Fe2Al5相生成无益。     

Si含量对轧制复合铝钢层状复合材料界面化合物组织形貌的影响

通过在铝中添加合金化元素Si,并对轧制复合铝合金/低碳钢双层复合材料进行不同温度和时间的退火,借助金相显微镜、扫描电镜和EDAX能谱仪,研究Si对轧制复合钢界面化合物生长行为的影响规律。结果表明,在Si含量为0.67wt%时,生成复合界面金属间化合物的临界温度达到615 ℃,此时Si对抑制界面化合物生成的效果最好;Si含量超过1.62wt%后,Si降低了Al-Si合金的熔点,使Al侧元素的扩散速率增加,促进了复合界面金属间化合物的长大,化合物的组成为τ₆ -Al₈Fe₂Si +τ₅ -Al_4.5FeSi +η-Al₅Fe₂。     

钢-铝轧制复合界面化合物的抑制机理

采用扫描电镜和金相显微镜研究钢-铝轧制复合界面化合物的合金化抑制机理.结果表明:通过在铝中加入合金元素硅,界面化合物的生成受到明显的抑制,特别是当硅含量达到6.0%(质量分数)时,抑制作用更强,即使在560 ℃加热时,界面层的厚度也仅为2～3 μm,且主要是Fe2Al5;由于Fe和Al扩散均匀,界面化合物在界面处呈等宽连续分布.通过热力学原理阐述界面化合物的生成规律.     

反应机械合金化/退火制备Al2O3/Fe3Si纳米复合粉体

以Fe2O3粉、Si粉和Al粉为原料,采用反应机械合金化/退火法制备出了Al2O3/Fe3Si纳米复合粉体。利用X射线衍射仪（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对复合粉体球磨以及退火过程中的固态反应过程、表面形貌进行表征。研究表明,Fe2O3-Si-Al混合粉体球磨5 h后发生反应生成Al2 O3、Fe5 Si3、Fe3 Si、FeSi,球磨20 h后生成Al2 O3/Fe3 Si,球磨20 h的粉体在900℃条件下退火1 h的组成物相未发生变化,复合粉体颗粒呈球形,其尺寸为5μm左右,分布均匀,组成相Al2O3和Fe3Si的晶粒尺寸分别为26.6 nm和28.3 nm。     

焊后热处理对铝合金/镀锌钢接头组织与力学性能的影响

采用TIG熔-钎焊方法并添加AlSi_5焊丝,对1.5 mm厚的5A06铝合金和3 mm厚的镀锌Q235钢进行焊接。分析了焊后退火热处理对接头微观组织和力学性能的影响规律,热处理条件为280℃保温30 min。研究结果表明,采用TIG熔-钎焊的方法可以实现铝/钢异种金属的焊接,铝/钢界面处会产生金属间化合物层,焊态接头中金属间化合物层的厚度为4～5μm,化合物层主要由Al_8Fe_2Si相和少量的[Al,Fe,Si],Al13Fe4相组成,接头的抗拉强度值为163 MPa,断裂发生在焊缝处。对接头进行退火热处理后,接头中金属间化合物层的厚度增加到9～10μm,化合物层的组织无明显变化,主要由Al_8Fe_2Si相和少量的[Al,Fe,Si],Al₁₃Fe_4相组成,接头的抗拉强度值达到185 MPa,断裂发生在铝母材侧。     

C、Mn含量对铝/钢复合界面金属间化合物相形成和长大的影响

采用光学显微镜、扫描电镜、差示扫描量热法和X线衍射法,研究了钢中C和Mn元素的不同含量对铝/钢复合带材界面上的金属间化合物(IMC)形成和长大的影响。结果表明:试验钢中添加C和Mn元素能明显加快金属间化合物出现后的长大速率;降低铝/钢界面金属间化合物的临界生成温度和缩短临界出现时间;在相同的升温速度下(10℃/min),5种材料的临界生成温度分别是:605.5℃(Al/St)、603.6℃(Al/St-0.025C)、594.1℃(Al/St-0.05C)、603.8℃(Al/St-0.5Mn)和597.8℃(Al/St-1.5Mn)。铝/钢界面上的金属间化合物的主要相是Fe2Al5,试验钢中C和Mn元素的添加不影响金属间化合物的物相组成。     

高能球磨低温烧结对FeAl合金组织的影响

利用高能球磨,通过剧烈的塑性变形,使Fe、AI粉末颗粒发生细化和机械合金化,并产生高的畸变能和界面能,在560℃和620℃进行低温烧结,Fe、Al原子沿着大量的晶界和缺陷进行扩散,形成FeAl合金相.经过12h的高能球磨.620℃烧结、保温4h,可以使Fe、Al复合粉完全转变成FeAl金属间化合物.晶粒均匀细小,呈现等轴状,晶粒大小约为30nm.     

冷轧复合铝-铝-钢界面金属间化合物的生长行为

对冷轧复合4343铝/4A60铝/08Al钢三层复合带材进行不同温度和时间的退火,借助金相显微镜、扫描电镜和EDAX能谱仪以及X射线衍射仪对复合界面结合区进行组织观察、元素成分线扫描分析和EDS能谱分析及XRD物相分析,研究复合界面金属间化合物的生长行为。结果表明：当退火温度较高时,4343中含量较高的Si向4A60中进行了较大程度的扩散;铝-钢复合界面在600 ℃保持1 h退火时有金属间化合物产生;随着退火温度的升高和退火时间的延长,复合界面金属间化合物由一层增加至三层,化合物主要由Fe₄Al₁₃和Fe₂Al₅组成;铝-钢复合界面金属间化合物的生长由扩散控制,其增厚符合抛物线规律,界面金属间化合物的生长激活能为14.4 kJ/mol。     

热处理对冷轧4A60铝/08Al钢复合带材组织及力学性能的影响

研究了退火温度和时间对冷轧4A60铝/08Al钢复合带材组织及力学性能的影响规律。利用金相显微镜、JSM-6480型扫描电镜及EDS能谱仪对铝钢复合材料进行了组织观察和界面元素分析,并对复合带材的拉伸性能及界面结合强度进行了评价。结果表明,当热处理温度为540℃、时间在6~24 h范围时,08Al钢基本完成了再结晶,铝钢复合带材的伸长率超过了30%,屈服强度超过250 MPa;热处理后铝钢界面Al、Fe元素扩散不明显,热处理对界面拉剪强度的影响也不大,界面结合强度均在70 MPa左右。     

汽车用铝合金/钢扩散焊接试验研究

用真空扩散焊接方法焊接铝合金和不锈钢。采用物相分析仪、描电镜、显微硬度计和万能试验机等对焊接接头结构和性能进行了分析。结果表明,通过扩散焊接能实现铝合金和不锈钢的焊接,获得的焊接接头界面结合良好。随着焊接温度升高,扩散层厚度增加,焊接温度550℃时扩散层出现裂纹。铝合金和钢界面处生成了高硬度相,主要为Fe2Al5和Fe4Al13金属间化合物。铝/钢焊接接头剪切强度随焊接温度增加呈先增加后减小的趋势,焊接温度500℃,保温时间3 h,得到接头剪切强度最大值为54 MPa,断裂方式为解理断裂。     

Study on SCS-6/Ti-6AI-4V Composite

Fiber reinforced titanium matrix composite is considered as a superior material for advanced lightweight aerospace application. Fiber/matrix interfacial reaction has a significant effect on the mechanical properties of the composites. The SCS-6 SiC fiber reinforced Ti-6Al-4V matrix composite was prepared by foil-fiber-foil (FFF) method at ONERA, France. Stripe samples were cut from the as-consolidated composites and sealed in silicon carbide tube. One group of the samples were annealed for 58h at 550℃, 700℃, 850℃ and 1000℃, the other group were annealed at 1000℃for 43h, 58h, 80h, 100h, respectively. The interface investigation indicated that the connection between SiC fiber and the matrix is favorite in the composite. And the interface width for as-consolidated composite is only about 0.8μm. The interface width increase with the prolong of annealing time and the increase of annealing temperature. But the increment for the latter is not as high as the former one, which means the annealing time may be the prior factor to influence the interface reaction. The interface width for the composite annealed at 1000℃ for 100h is about 20μm. Interface composition of the composite detected by EDX is as follows: Ti 87.58 wt %, V 4.91 wt %, Al 4.06wt%, Si 3.45 wt %.     

Formation of Iron-aluminide Coating through Annealing of Shrouded Plasma-sprayed Iron/Aluminum Composite

The formation of iron aluminide coating was attempted through annealing of plasma-sprayed iron/aluminum composite deposit.Shrouded plasma spraying with nitrogen as protective gas was employed to prepare iron/aluminum composite coating using mechanically blended iron and aluminum powders with Fe/Al atomic ratio of 65:35.Annealing of the as-sprayed coating was carried out in argon atmosphere at 450,500,550,and 600 o C for different durations.The microstructure of the coatings was characterized by scanning electron microscopy and X-ray diffraction.The effect of annealing on the microstructure and phase evolution in the coatings was examined.The results show that iron/aluminum composite coating with low oxide inclusions and porosity is deposited by shrouded plasma spraying.It is found that Fe2Al5 intermetallics forms as an intermediate phase in the composite coating during annealing.As the annealing duration and temperature increase,iron aluminide intermetallic phases in the coatings increase and the microstructure becomes more homogeneous.After annealing at 600 o C for 336 h,FeAl and Fe3Al intermetallic phases will present in the coating as the main phases.     

Annealing Effect on the Intermetallic Compound Formation of Cold Sprayed Fe/Al Composite Coating

A Fe/Al composite coating was prepared by cold spraying using an iron-aluminium powder mixture with a Fe/Al atomic ratio of 1:1. The effect of annealing temperature on the intermetallic compound formation in the cold-sprayed Fe/Al coating was investigated. The as-sprayed and annealed coatings were characterized by x-ray diffraction (XRD), and scanning electron microscopy (SEM) equipped with energy dispersive spectroscopy. Results showed that intensive particle deformation on impact promoted the Fe₂Al₅ intermetallic compound formation at a low annealing temperature of 450?°C and this intermetallic layer firstly appeared along some intimate contact regions at the aluminium-iron boundaries. The amount of the Fe₂Al₅ intermetallic compound increased and no other intermetallic compound phases appeared when the annealing temperature was raised from 450 to 600?°C. Some cracks developed in the Fe₂Al₅ intermetallic layer when the coating was annealed at 600?°C and the possible causes leading to evolution of cracks are discussed.     

Asymmetry in interface and bending property of Al/Cu/Al bimetallic laminates

This work was aimed to study the interfacial microstructures and three-point bending properties of Al/Cu/Al bimetallic laminates produced by the asymmetrical roll bonding and annealing. It is found that the microstructure and bonding strength of the Al/Cu interface are different with those of the Cu/Al interface. The interfacial microstructure of Cu/Al interface is improved due to the large interfacial plastic deformation caused by the different rotation speeds of roll in the asymmetrical roll bonding process. The bonding strength between Al and Cu layer can be enhanced by the moderate atomic diffusion, but is dramatically depressed by the formation of intermetallic compounds in the interface.The bending strength of bimetallic laminates is enhanced when the Cu/Al interface is loaded in tension because of the improvement of stress transition and damping by the Cu/Al interface during the three-point bending deformation. The bending fracture reveals that the interfacial cracks can be inhibited from the restricted stress concentration in the improved Cu/Al interface.     

高速电弧喷涂Fe3Al/WC复合涂层高温冲蚀行为研究

采用自行研制的新型热喷涂Fe3Al/WC复合合金粉芯丝材,成功地用高速电弧喷技术制备出了Fe3Al金属化合物基金属陶瓷复合涂层。对涂层成分、显微组织、涂层相结构和组成进行了分析,结果表明,涂层由以Fe-26Al为主的Fe3Al基体相与约20%的WC、W2C和 a-Al2O3相组成。对比研究了Fe3Al/WC涂层和电站锅炉钢20 g从室温至650 ℃氧化环境条件下不同攻角的高温冲蚀磨损性能,结果表明Fe3Al/WC涂层的高温冲蚀磨损抗力高于20 g钢,650 ℃和30°攻角下的稳态相对冲蚀磨损抗力为20 g钢的3.14倍。温度对Fe3Al/WC涂层的冲蚀行为有较大影响：温度 < 450℃,涂层的冲蚀率变化不大,表现出塑性材料的冲蚀行为;温度 >450 ℃,涂层冲蚀率变化较大,呈现典型的脆性材料冲蚀磨损行为。并对其高温冲蚀磨损机理进行了分析。     

退火对AZ91/1060爆炸复合板界面的影响

将AZ91镁合金/1060纯铝爆炸复合板进行退火处理,对热处理前后结合界面处的显微组织、成分分布、力学性能进行分析和研究。结果表明,退火过程中镁元素易于向纯铝中扩散,扩散层主要位于靠近界面的纯铝中;退火后的复合板界面处的扩散层厚度和最高硬度均比未热处理时有明显提高,高硬度层从原始复合板界面的镁合金一侧转移到纯铝一侧,原始复合板中引起界面处硬度升高的原因是加工硬化效应,热处理后界面处的高硬度是由于在扩散层中产生镁-铝固溶体和金属间化合物;随着退火温度的升高,界面处扩散层厚度增加,组织中发生再结晶趋势增强,形变带逐渐消失。     

铝／镍层状复合金属的工艺制备技术研究

广泛应用于电池极耳的铝／镍层状复合金属材料，性能要求在保证复合强度的同时，必须控制镍层显微硬度在较低值范围。采用可控气氛热复合工艺，很好地解决了复合强度与镍层硬度控制的矛盾。讨论了可控气氛热复合的机理、退火过程中复合界面的组织变化对复合强度的影响。结果表明：可控气氛热复合机理可用表面热激活机制来进行解释；由于可控气氛热复合技术临界轧制复合变形率较低，采用该技术可最终制备出满足性能要求的铝／镍复合金属带材；严格控制退火工艺特别是温度，可优化工艺、避免金属间化合物的有害作用。     

锂离子电池封装用Al-Ni层状材料的复合过程及应用特性研究

采用冷轧复合工艺制备了用于锂离子电池封装用的层状Al-Ni双金属复合带材。针对轧制复合工艺和热处理退火工艺对Al-Ni双金属复合带材界面化合物种类、结构及其应用特性进行了研究。结果表明：合适的轧制变形量是实现Al层和Ni层复合的关键因素,在本实验中复合轧制的变形量应控制在50%～60%之间。在后续退火工艺中,Al层和Ni层界面上首先形成的是Al3Ni相,该相有利于Al层和Ni层实现牢固的冶金结合。随着退火时间的延长,随后会形成较脆性的Al3Ni2相,该相以层状形式存在两层金属中间,容易造成Al层和Ni层金属的剥离,因此通过退火工艺控制界面化合物形成的类型和结构十分重要。实验发现,在698K～748K温度范围内退火1小时的轧制复合Al-Ni双金属复合带材,具有好的抗折弯效果,稳定的焊接性能和合适的电阻值,可以作为锂电池封装材料来进行使用。     

碳化钨/金属间化合物硬质合金的研究进展

对目前国内外以金属间化合物Ni3Al、FeAl、Fe3Al为粘结相的碳化钨基硬质合金的制备方法和性能特点进行了综合评述,重点介绍了硬质合金国家重点实验室在以Ni3Al为粘结相碳化钨基硬质合金方面的最新研究成果及应用情况。结果表明:均匀细小的金属间化合物预合金粉末的制备以及适当控制界面反应是粉末冶金法制备碳化钨/金属间化合物硬质合金的有效方法。碳化钨/金属间化合物硬质合金的研究方向应集中在界面问题、金属间化合物粘结相的韧化、制备工艺和综合性能评价体系的建立等几个方面。     

轧制工艺对Zr-4合金带材织构取向及腐蚀性能的影响

采用包套复合拉伸方法制备Pd/A1双金属丝样品,利用扫描电镜、拉力试验机等仪器,考察热处理条件对双金属丝复合界面和性能的影响.测试结果表明:Pd/Al界面易扩散,材料性能在很大程度上取决于Pd/Al界面的扩散程度:热处理温度对Pd/Al界面扩散的影响大于热处理时间,换言之,热处理温度对Pd/A1双金属丝性能的影响显著于热处理时间.