水玻璃砂生产薄壁铸钢件形成剥离层的试验研究

试验结果表明：型砂中掺入能增强型内氧化性气氛和造渣的附加物补偿了薄壁铸件高温界面作用时间较短反应难以达到平衡的不足，从而加速了界面氧化反应进程，促使剥离层形成，为防止水玻璃砂生产薄壁铸钢件时产生粘砂缺陷提供了一种新方法。     

基于SLS的锆砂砂型与钛合金铸件界面反应研究

以锆砂为原砂材料,Y_2O_3、酚醛树脂为填充材料和粘结剂,采用热法制备覆膜锆砂,选区激光烧结(SLS)快速成形工艺制备锆砂铸型并浇注了钛合金铸件,研究了钛与铸型之间的界面反应。结果表明,采用SLS覆膜锆砂快速制备铸型,选用Y_2O_3制备涂层浇注纯钛可以铸造出轮廓清晰、表面光洁的钛铸件,且界面反应层仅约为3μm;铸件表面氧化层产物为TinO_(2n-1)和TiO_2;O扩散富集固溶层厚度约为1μm,该层生成物为TiO_2。     

DZ22B高温合金与Al_2O_3陶瓷型壳的界面反应

采用真空感应熔炼与惰性气体保护相结合,研究了不同熔炼温度及接触时间条件下DZ22B高温合金与Al_2O_3陶瓷型壳的界面反应发生及形成规律,探讨了界面反应对铸件表面粘砂缺陷的影响。结果表明,高温合金中Hf元素活性大,易与Al_2O_3发生界面反应,合金表面形成HfO_2。当接触15min后,界面反应随熔炼温度的提高而增强,在1 400℃时未出现界面反应,1 500℃时发生微弱界面反应,1 600℃时界面反应加剧,并出现粘砂现象。由于型壳面层中物理渗透层的形成以及应力集中的出现,界面反应的存在导致面层材料发生脱落,其中在接触30 min,浇注温度为1 600℃时粘砂最为严重,合金表面形成厚1mm的面层粘砂产物。     

铬铁矿砂粘砂机理探讨

通过对高铬不锈钢用水玻璃铬铁矿砂以及在厚大铸钢上用呋喃树脂铬铁矿砂作造型材料产生“釉化”粘砂缺陷的分析,认为这是一类由铬铁矿砂在界面与高铬钢或铬铁矿砂与树脂碳化膜之间发生氧化还原反应,将铬铁矿砂中的铁还原出来,这种还原铁与砂粒形成致密混合物并紧密地附着在铸件表面而形成的“釉化”粘砂。     

混合稀土对ZM5镁合金表(界)面张力及氧化膜性能的影响

测量了不同RE添加量ZM5镁合金不同温度下的表面张力,建立了界面反应润湿模型;根据氧化膜破裂能量公式对熔体氧化膜性能进行了研究,并对氧化膜的高温失效进行了分析.结果表明:熔体中的RE可向熔体/氧化膜界面集聚,参与氧化反应并提高氧化膜的致密度,有助于形成具有保护作用的氧化膜;同时RE会增加界面反应层的厚度,降低熔体/氧化膜的界面张力,使氧化膜不易破裂,并通过改变固-液界面张力方向来提高氧化膜与金属液间的粘附性.     

大型不锈钢铸件粘砂及表面烧结机理研究与改进

对采用呋喃树脂自硬铬矿砂生产高铬不锈钢水轮机叶片铸件表面易出现"釉化"涂料层、界面型砂"釉化"烧结和粘砂缺陷进行了研究,并提出了解决措施.铸件粘砂的主要原因为钢液透过涂料层渗入铬矿砂,在界面发生氧化还原反应,将铬铁矿砂的铁还原出来,还原出的铁和砂粒形成致密混合物,并附着在铸件表面形成"釉化"烧结层.还原出的铁和铬渣以及砂粒中的未反应物,形成了致密的机械混合物,和铸件金属直接相连,附着在铸件的表面,形成粘砂.锆英粉涂料本身也和高铬钢发生微弱的化学反应.用新型添加剂及复合涂料改进型砂和替代锆英粉涂料,提高了钢液和铬矿砂界面涂料层的致密度、化学稳定性和耐火性,可以有效地解决这类问题.     

熔炼工艺对DZ22B高温合金与SiO_2陶瓷界面反应的影响

采用真空感应熔炼与惰性气体保护相结合,开展了DZ22B高温合金与SiO_2陶瓷的原位界面反应研究。通过改变熔体温度及保温时间,对比分析了不同熔炼工艺下界面反应的产物类型及形成过程,探讨了界面反应对铸件表面粘砂缺陷的影响。结果表明,高温合金中Hf元素易与SiO_2发生界面反应,形成HfO_2的反应产物。当熔炼温度为1 400℃时,随保温时间延长,合金与陶瓷接触部位先后出现无界面反应、弱界面反应及强界面反应情况,其中保温20min后,可形成平均厚度为0.5μm的连续分布致密反应层。随熔炼温度提高,界面反应程度逐渐加深,其中熔炼温度为1 600℃、保温15min条件下反应层厚度达2.3μm,同时导致合金表面发生严重的粘砂缺陷。     

SiCp氧化处理对SiCp/Al复合材料润湿性和界面结合的影响

通过对SiCp在不同温度下的氧化处理,研究了颗粒氧化对搅拌铸造法制备的SiCp增强铝基复合材料的润湿性和界面结合的影响.结果表明,氧化处理后的颗粒表面形成了具有一定厚度的SiO2氧化层,该氧化层在高温下与铝熔体发生界面反应,从而有效地改善了颗粒与基体间的润湿性,提高了界面结合强度;所制备的复合材料颗粒分布均匀,界面结合良好;界面处有MgAl2O4、Mg2Si生成,没有发现有害界面反应产物Al4C3;复合材料的断裂方式为颗粒的断裂和颗粒从基体中的拔出.     

带涂层的TiAlNb合金高温氧化行为

研究了带NiCrAlY，TiAlCr及搪瓷涂层的TiAlNb合金分别在800℃和900℃时的氧化行为。结果表明，3种涂层均能在一定程度上对基体合金提供防护，但氧化后，涂层和合金间出现了不同程度的反应和互扩散。氧化时，NiCrAlY涂层发生内氧化，且在NiCrAlY／TiAlNb界面互扩散严重，而界面的某些区域形成的保护性Al2O3虽能有效阻碍氧的内扩散，但也导致涂层从基体表面剥落：TiAlCr涂层表面形成连续Al2O3能对基体提供很好的防护，但涂层／合金界面出现的Nb和Cr的互扩散带可能会影响涂层寿命及基体合金的力学性能。在与TiAl合金接触时，搪瓷变得不稳定，氧化过程中，涂层与合金界面形成一定厚度的反应层，致使涂层与合金间结合力下降。     

不同厚度薄壁单晶高温合金/PtAl涂层界面演变

目的 研究不同厚度薄壁单晶高温合金/PtAl涂层界面演变机制。方法 采用电镀Pt和高温低活度气相渗铝的方法在不同厚度(0.5、1.0、2.0 mm)的第三代镍基单晶高温合金DD9上制备PtAl涂层,进行1 100 ℃恒温氧化试验后,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)研究不同厚度薄壁单晶高温合金DD9/PtAl涂层界面元素互扩散及界面组织演变。结果 3种基体厚度的涂层试样恒温氧化100 h,其互扩散区(IDZ)快速增大;恒温氧化500 h,IDZ厚度基本稳定,均约为25 μm;恒温氧化1 000 h,只有0.5 mm基体厚度的涂层试样在IDZ出现TCP相“贫化带”。3种基体厚度的涂层试样在IDZ以下,均形成了二次反应区(SRZ),其中析出了针状和颗粒状TCP相。恒温氧化100 h,3种基体厚度的涂层试样的SRZ厚度相当,但是500 h和1 000 h后,0.5 mm基体厚度的涂层试样的SRZ厚度显著小于其他2种基体厚度的涂层试样。结论 界面附近Ta元素的富集是SRZ形成的主要原因,W、Re和Ta等难熔元素扩散的差异是引起不同基体厚度的涂层试样IDZ和SRZ形貌/厚度差异的关键因素。     

氧化态SiCp/5052Al复合材料的界面及热导性能

研究了SiC颗粒经不同氧化时间的氧化行为,采用无压渗透法制备了体积分数大于55%的SiCp/Al复合材料,分析了复合材料的微观组织与界面形貌,探讨了氧化及界面反应对复合材料热导性能的影响。结果表明:当SiC颗粒在1100℃氧化时,随着氧化时间的延长,其氧化增重及氧化层的厚度均增加,但氧化时间大于6 h时,其增加速率减缓;经氧化处理后,颗粒尖角明显钝化,所制备复合材料颗粒分布均匀,致密度比颗粒未氧化时要高;且氧化改变了复合材料的界面反应及结合,未经氧化颗粒表面出现了短棒状Al_4C_3,4 h氧化后颗粒表面形成了八面体MgAl_2O_4,6 h氧化后仍有残余的SiO_2;随氧化时间的延长,复合材料热导及界面热传导系数均呈先增大后减小的变化趋势,这与不同氧化时的实际界面状况密切相关。     

表面渗硅处理提高钛铝基合金高温抗氧化性

使用Al-Si合金熔体对钛铝基合金进行表面渗硅处理，在表层发生了不同程度的界面反应，生成成分比较不同的以Si,Ti,Al三元互为主的物相，表面渗硅处理可明显增强钛铝基合金的高温抗氧化性，使1173K，100h的恒温氧化后，表面涂层氧化生成致密的Si-Ti-Al-O复杂氧化物，而且表面涂层与TiAl基体之间还发生了一定程度的界面反应，生成Ti-Si及TiAl2化合物。对于1053K渗硅处理的试样，在恒温氧化过程中，表面Si-Ti-Al化合物的局部区域已经转化成为更加稳定的Ti-Si化合物。     

界面无氧化膜条件下氮化硅陶瓷和铝溶液的反应

采用一种新的界面无氧化方法,将氮化硅陶瓷浸入铝熔液后移动以除去界面氧化膜,采用X射线衍射、扫描电子显微镜及透射电子显微镜等方法研究氮化硅陶瓷和铝熔液之间的界面反应.研究结果表明,该方法能够有效除去界面氧化膜,使铝和氮化硅陶瓷直接反应生成AlN,但反应很缓慢,明显慢于Si_3N_4/Al薄膜体系以及压实的氮化硅-铝混合粉末体系的反应,界面存在着未反应、铝原子直接生长于氮化硅晶体之上的界面的连接状态.氮化硅陶瓷与铝的直接反应一方面会破坏氮化硅晶格结构,使氮化硅陶瓷腐蚀,缩短使用寿命;另一方面却可促进氮化硅和铝的润湿及连接,有利于制备高性能复合材料.     

SiC颗粒氧化行为及SiCp/铝基复合材料界面特征

界面反应和界面产物对SiCp/Al基复合材料的性能具有重要影响。对SiCp 的高温氧化行为进行了试验研究。结果表明 :SiCp 氧化起始温度为 80 0～ 85 0℃ ,其氧化增量和氧化产物SiO2 的体积分数及厚度与高温氧化处理的保温时间呈抛物线关系。以氧化处理的SiCp 为增强体 ,含Mg铝合金为基体 ,通过挤压铸造工艺制备复合材料。利用TEM和FE TEM对所得的复合材料界面进行观察 ,结果表明 ,在SiCp 表面形成了一定数量的尖晶石(MgAl2 O4 ) ,其数量和尺寸与Mg含量有关。由此 ,通过控制SiCp 的氧化处理工艺参数和基体合金成分 ,可以实现对SiCp/Al基复合材料界面反应及产物的控制     

用裂纹试样测试薄壁铸钢件的热裂倾向

自行设计了４ 种裂纹试样，在其他工艺条件相同的情况下，用水玻璃砂、呋喃树脂砂、聚丙稀酸钠树脂砂分别对４ 种试样作工艺实验；对比试样铸件发生热裂纹的倾向， 以探讨薄壁铸钢件与型（ 芯） 砂种类及铸件结构的关系。     

消失模铸造充型阶段干砂型壁的稳定准则

对干砂的抗剪强度进行了研究，认为型砂存在咬合强度。基于含有咬合强度的摩尔—库仑抗剪强度包线，研究了在消失模铸造充型阶段，保持干砂—气隙界面、干砂—金属液界面稳定的力学关系式，结果表明，干砂。气隙界面不可能发生朗肯被动破坏，只可能发生朗肯主动破坏，其后果是铸型坍塌。与此相反，干砂。金属液界面不可能发生朗肯主动破坏，只可能发生朗肯被动破坏，其后果是铸件增厚或胀箱。据此提出了避免坍塌缺陷的临界气隙高度和避免胀箱缺陷的许可铸件高度概念，并讨论了各种工艺因素对它们的影响。     

爆炸焊接铝/不锈钢薄壁复合管界面的微观分析

采用扫描电镜、能谱仪和显微硬度计对爆炸焊接铝，不锈钢薄壁双金属复合管界面的显微组织、成分和硬度梯度进行了分析研究。结果表明，结合良好的薄壁铝，不锈钢复合管的结合区界面，是平直界面和平直至波形过渡的非稳态波形界面二者混合出现；元素在界面扩散主要是Fe，Cr，Ni元素向Al层内进行扩散，Al元素向不锈钢层内扩散量极少，界面附近不锈钢侧有明显硬化现象；由于热影响消除了铝层硬化现象。在Al侧出现的由超塑流变造成的组织变化，并没有从硬度分布表现出来；需要严格控制爆炸焊接静态参数，尽量减少Al-Fe化合物脆性相生成量。     

消失模铸造管件产生"薄壁"缺陷的对策措施

分析了干砂负压消失模铸造生产铸铁管件中出现的“薄壁”发现现象，发现缺陷产生的部位，主要发生在铁水充型的最后部位，产生的原因是金属液补充不及时和泡沫模遇热分解气体排逸不顺畅造成的。为此采取提高耐火材料的耐火度，增大硅砂的粒度，合理控制浇注速度等方法，基本消除了“薄壁”缺陷，生产出了合格的管件，工艺出品率显著提高，提升了出口铸件的品质等级，取得良好的经济效益。     

渗钛Si3N4/Q235钎焊界面反应对接头强度的影响

说明了渗钛Ｓｉ３Ｎ４／Ｑ２３５钎焊界面反应与微观结构对接头强度的关系，并对各主要工艺因素对砂强度的影响规律进行了探讨，为渗钛陶瓷／金属钎焊规范的优化选择提供了试验及理论依据。     

呋喃树脂砂薄壁铸钢件热裂纹的防止对策

众所周知,即使用水玻璃砂工艺生产铸钢件,热裂纹也是薄壁铸钢件的主要铸造缺陷之一,用呋喃树脂砂工艺生产铸钢件,比水玻璃砂工艺更容易产生热裂纹。笔者对热裂纹的微观形貌和微区成分做了深入分析之后,提出了薄壁铸钢件裂纹成因的新观点〔1〕,将热裂纹划分为缩裂纹和拉裂纹,认为这两种裂纹具有不同的形成原因。并用自行设计的裂纹试样的工艺试验证实了上述观点。本文将根据这种观点探讨防止裂纹的有效措施,并用这些措施解决典型薄壁铸钢件———侧架的裂纹问题。1　制定防裂措施的基本原则研究表明〔1〕:呋喃树脂砂薄壁铸钢件上的热裂纹分为…