二元互不固溶金属合金化的研究进展

基于二元互不固溶金属体系的材料在航天、核聚变工程、电子封装以及反装甲武器等领域中有着广泛的应用,但由于反应热为正、组元性质差异较大,其直接合金化以及相应的材料制备都十分困难。针对于此,国内外开发了多种用于二元互不固溶金属直接合金化的方法,并对合金化过程的热力学和扩散机制进行了研究。本文首先综述了机械合金化、物理气相沉积和离子束混合3种已有合金化方法的原理、热力学机制及其在二元互不固溶金属粉末合金和纳米多层膜等材料中的应用。然后,介绍了近些年来本研究组提出并发展的辐照损伤诱发合金化、高温结构诱发合金化等新型互不固溶金属合金化方法,详细阐述了这2种方法的原理、合金化界面显微结构、热力学机制、扩散机制和应用。最后,展望了二元互不固溶金属体系合金化研究的发展趋势。     

纯镁表面真空扩散渗铝层的组织和性能

采用真空扩散渗铝的方法,在445 ℃对纯镁进行了表面合金化改性处理.采用金相显微镜、XRD、EDS和显微硬度测试等方法对渗层进行了组织结构和显微硬度分析.结果表明,经表面合金化处理,在纯镁表面获得了均匀致密的渗铝层,渗层中有大量的金属间化合物β-Mg17Al12生成,渗层与基体之间为冶金结合,材料表层的显微硬度有很大提高.     

微合金化灰铸铁气焊丝焊接接头组织与性能

以弱碳化焰熔化微合金化灰铸铁焊丝,并充填灰铸铁棒材U型坡口,通过金相观察接头微观组织,发现铸铁同质焊缝微观组织对微合金化元素含量十分敏感,微合金化处理能够实现焊缝金属与基体金属的高强度冶金结合,微合金元素促进焊缝石墨化,并有效避免白口组织及焊接裂纹形成.焊接接头抗拉强度高于基体且硬度接近基体金属,机械加工性能良好.微合金化气焊丝成分可调,可满足各种牌号灰铸铁件的气焊需要.     

高炉铸铜冷却壁Cu-Fe结合强度的试验研究

对比研究了空冷、冷却介质通入量分别为15t/h、13t/h和11t/h时,铸铜冷却壁与其内铸钢管的界面结合状况和结合强度,并借助电子探针分析了内铸钢管、铸铜冷却壁之间的原子扩散状况。结果表明,冷却强度对Cu-Fe界面的结合状态具有重要的影响,冷却强度越大,Cu-Fe界面冶金结合越差。空冷钢管与铸铜冷却壁本体之间的原子互扩散较好,有约100μm的扩散过渡层,形成了良好的冶金结合界面,结合强度达到160MPa以上。     

高能微弧合金化法制备的Ni_3Al(Cr)涂层的显微组织及高温氧化性能

采用高能微弧合金化技术,通过控制输出功率、电压、沉积时间等工艺参数,成功地在K3合金表面制备致密的Ni_3Al(Cr)超细晶合金化层.合金化层与基体之间是冶金结合、且制备过程对K3基体的热影响很小.在900℃空气中氧化400 h的结果表明,Ni_3Al(Cr)合金化层比相应的铸态Ni_3Al(Cr)电极和K3高温合金具有更好的高温氧化性能,它形成的富Al_2O_3氧化膜连续致密、粘附性良好,这得益于晶粒细化增加了短路扩散路径,降低了形成富Al氧化膜所需的临界Al含量.     

高能微弧制备NiAl微晶合金化层的结构与抗蚀性能

采用高能微弧合金化技术(HEMAA)在K3高温合金上制备NiAl金属间化合物合金化层.通过反复试验,筛选出合适的输出功率、沉积时间、频率等工艺参数,得到均匀致密的微晶合金化层,实现了合金化层与基体之间的冶金结合.对合金化层的显微组织、常温电化学腐蚀以及高温氧化性能进行了研究.无论在酸性含氯离子还是在酸性不含氯离子溶液中,NiAl微晶合金化层的耐蚀性能较电极材料有所提高.在1000℃高温氧化性能显示,无论合金化层还是电极材料都形成连续致密的、粘附性良好的富Al_20_3氧化膜,但是由于合金化层制备时产生热裂纹,在裂纹处易生成了富Ni的氧化物,使得其氧化增重比电极材料更大.     

Cu单元素基合金表面FeCoCrAlCu激光高熵合金化涂层的制备

采用Nd:YAG激光辐照法在Cu单元素基合金表面制备FeCoCrAlCu高熵合金化涂层。利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、显微硬度计及纳米压痕仪等研究FeCoCrAlCu激光高熵合金化层形成机制及性能。结果表明:采用优化的激光辐照工艺参数对等摩尔比的Fe、Co、Cr、Al四元合金粉末进行激光辐照合金化,可制备出含有基体主元Cu的FeCoCrAlCu高熵合金化涂层。合金化涂层由FCC+BCC简单结构固溶体组成,其显微组织主要以颗粒状组织为主,且与基体呈良好的冶金结合。Fe CoCrAlCu激光高熵合金化层的硬度是基体材料的7倍以上,其弹性模量、弹性比和同样深度承受的最大载荷远高于基体材料的,具有良好的强度和韧性。     

D-KH法及其在贵金属钎料制备中的应用

概述了金属"叠轧复合-扩散合金化"工艺(D-KH法),叠轧复合技术的发展现状,材料的界面结合机理,叠轧复合过程中组元的变形行为以及叠轧复合材料的扩散合金化过程。介绍了叠轧复合-扩散合金化工艺在贵金属钎料的制备中的应用,比较了叠轧复合-扩散合金化工艺制备钎料与复合法制备的钎料的优越之处,提出叠轧复合-扩散合金化工艺是解决部分贵金属脆性钎料成型制备的一种行之有效的方法。     

镁合金/不锈钢镶嵌铸造界面制备及界面扩散行为

采用热浸镀铝合金工艺在不锈钢上制备铝基隔离防护界面,再将含热浸镀铝合金层的不锈钢骨架与AZ91镁合金镶嵌铸造成形,并研究钢/铝界面和镁/铝/钢界面形貌、界面反应生长机理和界面元素扩散行为。结果表明,不锈钢骨架与热浸镀铝合金形成紧密冶金结合界面,界面生长由Al、Fe元素在化合物层上相互扩散反应控制;AZ91镁合金与浸镀铝不锈钢骨架形成良好的冶金结合,并形成了由Al、Mg金属在界面处熔化与扩散反应控制的复杂界面结构;镁合金与不锈钢之间未发生元素相互扩散,实现了镁合金与不锈钢之间的物理隔离效果。     

铸轧法制备钛铝复合板的界面组织与性能

通过万能试验机、MH-3显微硬度计、光学显微镜、SEM以及EDS和XRD研究了采用铸轧法制备的Ti/Al复合板的力学性能、界面和断口形貌及物相分析。结果表明,铸轧法生产的Ti/Al复合板抗拉强度为172.3 MPa,大于理论值135.6 MPa;界面层显微硬度(HV)介于Ti、Al之间,局部由于生成TiAl3而高达450;复合板的界面呈平直状,界面层主要是由扩散形成的冶金结合层,局部区域有少量的金属间化合物TiAl3生成;拉伸时出现翘曲和分离现象,两种金属的断裂均为韧性断裂。