预镀层不锈钢/铝异种金属高频感应钎焊接头界面及力学性能分析

文中通过热浸镀一层纯铝到不锈钢表面,再对0Cr18Ni9不锈钢和LF21铝合金采用高频感应钎焊.当热浸镀时间从10 s增加到50 s时,镀层厚度从7 μm增加到20 μm,反应层由FeAl₃向Fe₂Al₅发生转变.在热浸镀温度为750℃,浸镀时间为10 s时,镀层成型最好,高频感应电流为270 A,加热时间30 s时,抗拉强度达到167.12 MPa,比不浸镀的接头强度高63.8%.主要是因为镀层限制钢中的Fe原子和Al-Si钎料中的Al,Si原子的相互扩散,在热浸镀不锈钢与铝合金反应中使Fe₂Al₅转化为Fe（Al,Si）₂固溶体而未形成5-Al₈Fe₂Si化合物,降低了界面上硬脆化合物的含量,力学性能随之提高.     

扩散退火温度对热浸镀铝钢高温磨损性能的影响

研究了经650、950℃扩散退火5 h后的热浸镀铝钢,在环境温度400℃、不同载荷作用下的磨损行为,并探讨了其磨损机理。结果表明,经650℃扩散退火处理的热浸镀铝钢的镀层主要由脆性相Fe₂Al₅组成;其磨损率随载荷的增大而增大,主要磨损机制为氧化磨损和剥落磨损。经950℃扩散退火处理后的镀层均由韧性相FeAl和Fe₃Al构成;当载荷低于200 N时,其磨损率几乎不随载荷变化,且保持在很低的水平;其优异的耐磨性源于磨面处形成了厚1²μm、含大量Al2O3和Fe2O3及少量W、Mo的氧化物的摩擦氧化层,主要磨损机制为氧化轻微磨损。当载荷增加至250 N时,45钢基体发生热软化,摩擦层不稳定而剥落,基体发生塑性挤出。     

基于机械合金化及热处理制备Fe3Al金属间化合物粉体材料

通过机械合金化并结合热处理制备出以Fe₃Al金属间化合物为主要物相的粉末材料。利用差热分析仪、X射线衍射和扫描电镜对制备过程中粉体的组织形貌、物相变化过程进行了研究。结果表明,制备过程中其物相转变趋势主要是由铝含量高物相向铁含量高物相转变,转化顺序为：Fe₄Al₁₃→ FeAl₆→ Fe₂Al₅→Fe₃Al,通过30 h球磨和750 ℃保温120 min的退火热处理可以获得以Fe₃Al金属间化合物为主要物相的粉体材料。     

基于蒙特卡罗方法的铝/钢熔钎焊界面金属间化合物层生长分析

针对铝/钢熔钎焊界面金属间化合物在SEM,EDS,XRD界面测试研究的基础上,确立了界面由Fe₂Al₅、FeAl₃等金属间化合物组成. 在此基础上采用蒙特卡罗方法,建立了铝/钢界面铝、铁扩散及Al-Fe化合物生长模型,并进行了数值分析和对比研究. 结果表明,所建立的模型能够很好地反映钢侧Fe₂Al₅的生长,铝侧FeAl₃离散存在,且金属间化合物层的厚度接近试验测量结果.     

22MnB5热成形钢奥氏体化时热镀Al-10%Si镀层组织的演化

利用SEM观察了22Mn B5钢在900℃不同奥氏体化时间下,热镀Al-10%Si(质量分数)镀层的微观组织变化情况,利用EDS和GD-OES分析了奥氏体化后热镀Al-10%Si镀层的元素分布。结果表明,22Mn B5钢奥氏体化前,热镀Al-10%Si镀层主要由纯Al、纯Si和二者共晶反应形成的金属间化合物Fe_2SiAl_7组成,在Fe_2SiAl_7和钢基体之间存在一层薄薄的由Fe2Al5和FeAl_3组成的化合物层。900℃奥氏体化后,热镀Al-10%Si镀层中的三元共晶相Al+Si+t6逐渐转变为三元Al-Fe-Si或二元Fe-Al金属间化合物。奥氏体化时间为2 min时,镀层由Fe_2SiAl_7、Fe_2Al_5和FeAl_2组成;奥氏体化时间为5 min时,镀层由FeAl_2、Fe_2SiAl_2和Fe_5SiAl_4组成;奥氏体化时间为8 min时,镀层由FeAl_2和Fe5Si Al4组成。由于Fe_2SiAl_2和镀层/钢基体界面扩散层中Al原子的扩散系数远大于Fe原子,导致从镀层向钢基体晶界及晶粒内扩散并与之反应所消耗Al原子的量远大于从钢基体扩散到镀层中的Fe原子量,从钢基体中流入到镀层中的空位数量远大于从镀层中流入到钢基体中的空位数量。原子的不平衡扩散及镀层/钢基体界面空位数量的富余使得扩散反应层与镀层的交界区域形成了Kirkendall空洞。22MnB5钢奥氏体化时,热镀Al-10%Si镀层表面形成一层稳定的Al_2O_3氧化膜,镀层的高温氧化现象非常有限,热镀Al-10%Si镀层可以作为22MnB5钢热成形时的保护层。但热镀Al-10%Si镀层扩散过程中产生的脆性金属间化合物因高温塑性不足而导致镀层中产生大量垂直于镀层/钢基体界面并贯穿整个镀层的微裂纹,从而影响镀层的防护性能。     

Ti6Al4V合金表面热浸镀Ti-Al镀层相组成

采用热浸镀方法在Ti6Al4V合金表面制备Ti-Al镀层,并在1100 ℃高温下进行热扩散处理。结果表明,TC4合金热浸镀铝后在1100 ℃保温,形成了表面氧化层、过渡层及基体,表面氧化层和过渡层厚度随扩散时间延长而增加,表面氧化层主要由Al₂O₃和TiO₂构成,过渡层主要相为TiAl₃、Ti₂Al₅和Ti₁₉Al₆金属间化合物。     

热扩散处理对热浸镀铝Fe-Cr-Si-B铸钢组织演变及腐蚀行为的影响（英文）

研究热扩散处理对热浸镀铝Fe-Cr-Si-B铸钢镀层组织及在5%(质量分数) NaCl溶液中的腐蚀行为的影响。结果表明：Fe-Cr-Si-B铸钢中的Fe基体与Al液界面反应产物为柱状结构的FeAl₃。在(Cr,Fe)₂B/Al界面上形成的周期性层片结构是在热扩散处理过程中形成，而非热浸镀铝。在短时间内表面残留Al层主导了热浸镀铝和热扩散处理镀层在NaCl溶液中的腐蚀行为，直到表面残留Al层被完全消耗。Cl-引起的点蚀优先从块状B-Al-Cr相与FeAl₃的界面开始，并沿周期性层片结构扩展。硅颗粒作为阴极，促进了镀层的腐蚀。在Fe-Al金属间化合物层被完全腐蚀之前，钢基体都处于阴极保护中。此外，高温NaCl溶液的腐蚀被显著加速。     

钢丝双浸镀Galfan合金涂覆层的显微组织

相同条件下,采用双浸镀工艺制备3种不同规格的Galfan（Zn-5%Al-RE）合金涂覆层钢丝试样,采用扫描电镜、背散射电子、能谱仪研究了基体表面腐蚀形貌和涂覆层组织。结果表明,随浸锌时间从8.0 s增加到14.9 s,基体表面腐蚀由点状腐蚀转变为片状腐蚀;涂覆层组织由里及表可分为3层：界面层为FeAl₃与Fe₂Al₅Zn_χ（χ＜2）的混合组织,内层合金层为Fe₂Al₅Zn_χ（χ≥2）化合物,外层合金层为Zn-5%Al共晶组织。     

Si对铁铝固液扩散反应中间化合物生长动力学的影响(英文)

利用扫描电子显微镜能谱仪和热浸镀铝实验研究Si对铁铝固液扩散反应中间化合物生长动力学的影响。结果表明,中间层主要由Fe2Al5和薄层FeAl3组成。当向浸镀熔体中加入硅后,在镀层的Fe2Al5相中出现颗粒状的AlFeSi三元相(τ1/τ9)。舌状形貌的Fe2Al5层随着合金浴中Si含量的增加而逐步平整。合金浴中的Si显著抑制Fe2Al5和FeAl3的生长。当Si含量为0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和3.0%时,Fe2Al5相的激活能分别为207、186、169、168、167和172kJ/mol。当Si原子进入Fe2Al5相时会引起晶格畸变,从而导致Fe2Al5的扩散激活能下降。Si原子占据空位时能够阻止扩散通道,抑制Fe2Al5相的生长,从而导致舌状形貌的消失。     

铝钢电磁脉冲焊接界面特性及金属粒子分布分析

为明确铝/钢电磁脉冲焊接过程金属粒子运动对界面连接性能的影响，基于金属粒子流形成机理，对界面形貌及抗剪强度进行分析.结果表明，金属粒子滞留界面造成铝局部熔化，钢粒子原位生成FeAl，形成未结合区；沿着焊接方向，分射流对铝板压入作用逐渐增大，形成冶金结合的界面，并伴有富铝金属间相，直缝区为FeAl+Fe₂Al₅，小波区为Fe₂Al₅+FeAl₃，大波区为FeAl+FeAl₃；铝钢焊接界面过渡区由塑变铝压入钢形成，铝侧焊缝的外边缘存在钢粒子，而钢侧焊缝存在熔融铝携带钢粒子，主要为FeAl+Fe₂Al₅+FeAl₃，且在焊缝内侧滞留了大量金属粒子，并以椭圆环的形式分布，在焊缝外侧，金属粒子滞落铝板表面造成凹坑，但在钢板表面为嵌入的片状铝；因此，在金属粒子滞留，并产生较多金属间化合物的位置成为剪切试验断裂源；通过波长公式调整搭接间隙，减少粒子滞留界面，椭圆焊缝断裂于铝材，提高了接头强度.     

On the parameters affecting the formation of iron aluminides during pressure-assisted infiltration of aluminium into a preform of steel fibres

The parameters affecting the formation of iron aluminides during reactive infiltration of iron-based fibre preforms in a squeeze-casting equipment were investigated. The volume fraction of intermetallic phases was found to increase when the fibre volume fraction and size decreased. The increase of the temperatures of the die, aluminium and preform allowed avoiding premature chocking of the preforms, reducing the gradient of reaction and increasing the extent of exothermic reactions. As-infiltrated material with overall chemical composition corresponding to Fe₃Al was studied by SEM, X-ray diffraction and TEM. The unreacted iron fibres were surrounded by iron-rich FeAl phases. The single-phase grains adjacent to the boundary layer were identified as Fe₂Al₅ whereas the grains with lamellar morphology were identified as consisting of a mixture of FeAl and FeAl₂ lamellae. Heat treatment of such an as-infiltrated material resulted in the formation of a fine-grained structure composed of FeAl and Fe₃Al phases.     

高能微弧合金化制备Fe3Al微晶涂层及其高温氧化性能

通过控制输出功率、沉积时间、频率等工艺参数,采用高能微弧合金化技术制备出与基体形成冶金结合的 Fe₃Al涂层。研究了涂层的显微组织和高温氧化性能。结果表明Fe₃Al涂层在900 ℃和1000 ℃空气中氧化时,虽然氧化增重都比电极材料大,但是晶粒细化后的涂层,显著提高氧化膜与基体间的粘附性,氧化膜的剥落得到明显抑制,尤其是在1000 ℃时更为明显。     

铝合金与低碳钢异种金属材料的激光-压轮焊接

为了解决传统焊接方法焊接铝合金与低碳钢异种金属的焊接接头性能低下的问题,对低碳钢(steel plate cold rolled commercial,SPCC)与铝合金(A5052-H34)异种金属进行了激光-压轮焊接试验,并确定了最佳的焊接工艺参数.利用激光显微镜、电子探针显微分析仪(EPMA)硬度测试仪、拉伸试验机测试了焊接接头的微观组织和力学性能.结果表明,在接合界面处金属间化合物由具有一定塑性的金属间化合物和完全脆性的金属间化合物组成;接合界面处的金属间化合物的带宽约为8~10μm,此时焊接接头的抗剪强度达到最大值(210 MPa);而具有一定塑性的金属间化合物带宽基本保持不变,约为1.8μm.     

CLAM钢表面铝化物涂层的制备与铅液相容性研究

目的探索铝化物涂层的制备工艺,研究其是否能有效抑制铅液对CLAM钢的腐蚀。方法用配制的渗剂对CLAM钢进行包埋渗铝,并通过随后的热扩散和原位氧化处理,在CLAM钢表面制备铝化物涂层,研究不同渗铝时间和热扩散时间对涂层厚度的影响。通过静态氧化试验和铅液腐蚀试验,分别评价铝化物涂层的抗氧化性能及其与铅液的相容性,采用XRD、SEM和EPMA分析涂层的相组成以及铅液腐蚀前后的微观形貌和元素分布。结果包埋渗铝+热扩散+原位氧化处理制备的铝化物涂层主要由约30μm的FeAl相层和约70μm的α-Fe(Al)固溶体层组成。在热处理过程中,由于Al和Fe的互扩散现象,涂层中的Fe-Al相依次经过了Fe₂Al₅、FeAl₂、FeAl、Fe₃Al和α-Fe(Al)的转变。在600℃空气中静态氧化120 h后,铝化物涂层试样氧化质量增量为0.028 mg/cm²,比CLAM钢的氧化质量增量降低了1个数量级,铝化物涂层使CLAM钢的氧化动力学曲线由直线规律转变为抛物线规律。经550℃铅液腐蚀600、1800 h后,铝化物涂层的腐蚀质量增量分别为0.058、0.077 mg/cm²,仅约为CLAM钢的1/120。CLAM钢表面产生了疏松多孔的铁氧化物层,而铝化物涂层没有发生明显的腐蚀,但是腐蚀1800 h后,随着表面铝含量的不断消耗,Al₂O₃层厚度逐渐减小。结论铝化物涂层具有良好的抗氧化性能及与铅液的相容性,能够有效抑制铅液对CLAM钢的腐蚀。     

铝合金/镀锌钢板脉冲MIG电弧熔-钎焊接头组织与性能

采用数字化脉冲MIG焊机,以ER4043焊丝为填充材料.实现了6013-T4铝合金薄板与镀锌钢板的熔-钎焊接,研究了焊接热输入对接头组织和性能的影响,结果表明,在熔-钎焊接头熔化焊缝焊趾处存在主要由Zn-Al共晶体、富A1的α固溶体和Fe3Al组成的富Zn区:钎焊界面上的Fe-Al金属间化合物层厚度在1.05-4.50μm之间.且随焊接热输入的增加而增大.Fe-Al金属间化合物呈"锯齿"或"舌"状向焊缝内生长,主要为FeAl₂,Fe₂Al₅和Fe₄Al₁₃.随着焊接热输入的增大,熔-钎焊接头的抗拉强度先增大而后减小.在850 J/cm的热输入下达到229 MPa,拉伸后在铝合金焊接热影响区发生断裂,为塑韧性断裂;当焊接热输入较小时接头在钎焊界面断裂,属于脆性断裂.     

Phase diagram of the Nb–Al–Si ternary system

A high-efficiency diffusion-multiple approach was employed to map the phase diagram of the Nb–Al–Si ternary system which is very valuable for the design of niobium silicide-based composites. These composites have high potential as a replacement for Ni-base superalloys for jet engine applications. Aluminum is an alloying element for these composites, thus the Nb–Al–Si phase diagram, especially solubility of Al in Nb₅Si₃, is important information for the composite design. An isothermal section at 1000 °C was constructed from the results obtained from a diffusion multiple using scanning electron microscopy (SEM) and electron probe microanalysis (EPMA). A ternary phase Nb₃Si₅Al₂ was observed. The solubility data of Al in Nb₅Si₃ and NbSi₂ as well as Si solubility in Nb₃Al, Nb₂Al and NbAl₃ were obtained. The new isothermal section helps to judge the reliability of the existing literature results and to add new data to the Nb–Al–Si phase equilibria.     

焊接热输入对铝/镀锌钢CMT熔-钎焊接头组织与性能的影响

采用ER4043焊丝对5052铝/Q235镀锌钢进行CMT熔-钎焊,研究焊接热输入对接头组织及性能的影响.结果表明,焊缝熔宽、热影响区粗化程度、界面层硬度及厚度均随热输入的增加而增大,过热组织粗化导致拉伸试样在铝母材热影响区断裂.熔焊区组织主要为垂直于基底向焊缝中心生长的α-Al树枝晶及Al-Si共晶组织,钎焊区界面层厚度在2.55~6.86μm之间,铝侧界面主要为FeAl₃金属间化合物,呈凹凸不平锯齿状;钢侧界面平滑,主要为Fe₂Al₅(热输入较低时)或FeAl₂,FeAl(热输入较高时).     

铝合金/镀锌钢异种材料薄板的超声波点焊

为了实现铝合金和钢板的高效连接,对3003铝合金和镀锌钢板进行了超声波点焊. 研究了接头的显微组织特征、焊接参数对接头性能的影响以及焊缝区的温度变化过程. 结果表明,超声波焊接可以对3003铝合金与镀锌钢板进行有效连接;镀锌层被不规则挤出,铝合金与钢直接接触区形成了FeAl₃和Fe₂Al₅相;在一定范围内,随着焊接时间的增加,接头抗拉强度先增加后减小,其减小的原因是过长的焊接时间诱导显微组织演变;当焊接时间为240 ms,焊接压力为0.4 MPa时,获得接头的最大抗拉力为673.05 N;在文中试验条件下,焊接区最高温度达到390 ℃.     

送丝位置对铝/镀锌板CMT搭接接头组织与性能的影响

采用CMT搭接方法研究不同送丝位置对6082铝合金/镀锌板搭接接头质量的影响. 使用金相显微镜、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)分析焊接接头的形貌,微观组织及元素分布;通过拉伸试验检测接头的力学性能. 结果表明,1和2位置时,焊缝成形不饱满,锌层蒸发严重,界面处形成FeAl₂,FeAl及FeAl₃的金属间化合物,承载力达到6 kN;当3,4和5位置时送丝位置指向铝板,焊缝成形饱满,界面处形成Fe_6.6Al₃Zn_0.2和Fe₂Al₃Si_0.3,厚度约为2 μm,承载力达到7.5 kN,综上所述,CMT焊接铝合金/镀锌板时送丝位置应偏向铝板,可得到综合性能更好的焊接接头.