Al-Zr及Al-Zr-O体系铝基原位复合材料的制备与组织研究

利用Al Zr及Al Zr O体系,应用熔体反应法,成功制备了内生ZrAl3和Al2O3颗粒增强铝基复合材料。用扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)等研究了(ZrAl3+Al2O3)P/Al复合材料的凝固组织、内在增强体的特征和界面结构。试验结果表明,随着反应物K2ZrF6、ZrSiO4、ZrOCl2粉剂的加入量增加,合金组织中生成的ZrAl3和Al2O3颗粒尺寸更细小,分布更均匀;生成的增强体Al2O3为六方晶体,尺寸为1～3μm;生成的ZrAl3为四方晶体,尺寸<1μm。颗粒增强铝基复合材料经Sr变质处理后,内生颗粒不再被凝固界面排斥和推移,而是大部分被捕捉进入固相,从而使内生颗粒较均匀的分布于基体中。

Al-Zr-O-B体系原位合成颗粒增强铝基复合材料及其性能

研究了采用Al2Zr(CO3)22KBF4组元通过熔体反应法原位合成颗粒增强铝基复合材料。X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析表明:内生增强相颗粒为ZrAl3、ZrB2和Al2O3,粒度为3～4μm,且在基体中弥散分布。复合材料的力学性能和干滑动磨损特性研究表明:在反应物加入量为0～20%(质量百分数)范围内时,复合材料的抗拉强度和屈服强度较纯铝基体明显提高,当反应物加入量为20%时,抗拉强度为15013MPa,屈服强度为11317MPa。当反应物加入量为5%时延伸率最佳为33%,属塑性断裂。复合材料的耐磨性较铝基体显著提高,当反应物加入量为10%时耐磨性最好。铝基体的磨损机制是粘着磨损,而(ZrAl3+ZrB2+Al2O3)p/Al复合材料的磨损机制是磨粒磨损。

Cu-Zn-Al-Zr甲醇合成催化剂的UVDR、TPD和TPR表征

在 Cu- Zn- Al甲醇合成催化剂中添加适量的氧化锆助剂 ,制得 Cu- Zn- Al- Zr催化剂及表征其特性 .实验结果表明 ,Cu- Zn- Al- Zr催化剂最佳反应温度为 2 30℃ ,比 Cu- Zn- Al低约 10℃ ;热处理前后甲醇得率分别比 Cu- Zn- Al高 16%和 38% .UVDR表征显示 ,反应后催化剂在 5 98nm处观测到在 Zn O晶格介面上的 Cu+;CO- TPD表征显示 ,经 4 5 0℃热处理后的催化剂只在 182℃～ 197℃处出现一个由 Cu0 位贡献的吸附峰 ,热处理前在 2 61℃～ 2 74℃处由 Cu+位贡献的吸附峰消失 .Cu-Zn- Al- Zr催化剂对 CO的吸附量和 Cu+含量均大于 Cu- Zn- Al催化剂 。

Cu-Zn-Al-Zr合成二甲醚浆状催化剂的完全液相制备及表征

利用完全液相法,以不同加料顺序制备了Cu-Zn-Al-Zr浆状催化剂.采用X射线粉末衍射、氮吸附、程序升温还原、X射线光电子能谱和氨程序升温脱附对其进行了表征,考察了Cu-Zn-Al-Zr浆状催化剂在合成气一步法合成二甲醚(DME)反应中的催化性能.结果表明,不同加料顺序对催化剂性能有显著的影响;Zr与Al同时加入时,催化剂的活性组分分散均匀,易于还原,表面结构稳定,拥有与CuZnAl催化剂相似的强弱酸中心;当Al/Zr=10/1时,催化剂的CO转化率和DME选择性与CuZnAl催化剂基本持平,但催化剂的流变性得到明显改善.

Al-Zr(CO_3)_2体系反应合成复合材料的反应机制及动力学模型

开发了Al-Zr(CO3)2体系熔体反应法合成新型(Al3Zr+Al2O3)p/Al复合材料,研究了Al-Zr(CO3)2体系的反应热力学、反应动力学及反应机制.结果表明:Al-Zr(CO3)2体系起始反应温度为850℃,且在铝熔体(850～1100℃)温度范围内反应能自发进行.X射线衍射(XRD)及扫描电镜(SEM)分析表明:反应合成的强化相为Al3Zr和α-Al2O3颗粒,其尺寸为0.1～1 μm,且在基体中弥散分布.反应过程中复合熔体水淬实验分析表明:反应析出的Zr量随反应时间延长而增大,当反应进行10 min就达到了总增量的90%,整个合成反应时间为15 min,且合成过程前期(反应3 min前)主要受化学反应控制,合成过程后期(反应10 min后)主要受扩散控制.Al-Zr(CO3)2体系中关键反应ZrO2与Al按反应-扩散-破裂机制进行,并建立了反应原理图、反应动力学模型和反应时间的动力学方程.

Ti-Al-Zr合金的氢致延迟断裂行为

研究了含氢量为 11% (质量分数 )的一种Ti Al Zr合金在室温和 10 0℃时的氢致延迟断裂行为。结果表明该合金的裂纹扩展分两个阶段 :在第 1阶段中 ,裂纹扩展速率da/dt随着应力强度因子KⅠ 的增加而稍稍增加(室温下 )或者不变 (10 0℃时 ) ;在第 2阶段da/dt随KⅠ 增加而迅速增加 ,当KⅠ 达到KⅠH时 ,试样失稳断裂。室温和 10 0℃时的KⅠH分别为 5 8MPa/m3/2 和 6 1MPa/m3/2 。

Al-Zr-B体系反应合成复合材料的组织和性能

开发了原位合成Al-K2ZrF6-KBF4新体系，利用熔体反应法成功制备了新型颗粒增强铝基复合材料。XRD和SEM分析表明，合成的复合材料中存在ZrB2和Al3Zr颗粒，颗粒大小为1～4μm，ZrB2颗粒的截面形貌接近于正六边形，且在基体中均匀分布。拉伸试验结果表明，（Al3Zr＋ZrB2）p／Al复合材料的抗拉强度和屈服强度随着反应物加入量的增加而提高。当反应物加入质量分数为20％时，复合材料最高抗拉强度达到152．3MPa，比铝基体提高了95．2％；屈服强度为112．3MPa，比铝基体提高了167．3％。

Mg-Al-Zr金属复合氧化物除氟影响因素

采用共沉淀-煅烧法制备Mg-Al-Zr金属复合物,并用扫描电镜和X射线衍射对其进行表征,考察了吸附剂质量浓度、吸附时间、pH、初始氟质量浓度和共存阴离子对除氟影响。结果表明,在初始溶液pH=4~10,吸附剂质量浓度为3 g/L,氟初始质量浓度为40 mg/L时,对溶液中的氟去除效果最佳,吸附平衡时间为300 min。等温吸附数据分析显示其等温吸附特征可用Langmuir等温吸附方程描述,由其计算饱和吸附量为48.90 mg/g。共存阴离子对吸附材料除氟效率影响力大小为:PO_4^(2-)>CO_3^(2-)>SO_4^(2-)>NO_3^-。吸附剂再生循环3次后,除氟效率仍在70%以上。

高锆Si-Al-Zr-O系非晶晶化过程

采用差示扫描量热分析(DSC)、X射线衍射(XRD)分析、红外光谱(IR)分析和扫描电镜(SEM)观察等方法,对Si-Al-Zr-O系非晶晶化过程、晶核剂对晶化过程的影响进行了研究.结果表明:Si-Al-Zr-O系非晶在935～970℃和1 100～1 200℃分别发生了四方氧化锆和莫来石的析出反应;TiO2和ZrO2作为晶核剂引入对四方氧化锆和莫来石的析出有一定影响;TiO2含量的增加可使四方氧化锆晶相的析出能力显著提高,而ZrO2含量的增加可提高莫来石晶相的析出能力.根据晶化过程的研究结果制定了合理的晶化热处理工艺,并获得晶粒大小均匀、结构致密的微米晶、纳米晶、莫来石/SiO2-t-ZrO2复相陶瓷.

Ti-Al-Zr合金的氢致脆性研究

为了研究氢进入钛合金试样后对其力学性能的影响,探索氢在钛合金中的行为,本文用电解渗氢方法对Ti-Al-Zr合金进行了渗氢处理,得到了不同含氢量的试样.在室温下进行了试样的拉伸、冲击实验.结果表明,试样渗氢后的强度得到不同程度的提高,这是固溶强化的结果;试样的塑性随氢含量的提高而下降,当氢含量达到～1200μg/g时,塑性损失达到25%;试样的冲击韧性随氢含量的提高而下降,试样中氢含量达到～300μg/g时,冲击韧性下降～80%,试样已基本上呈脆性.使用SEM研究了渗氢样品的断口形貌后发现,拉伸试样中只有少量二次裂纹,而冲击试样有大量二次裂纹产生,并伴有准解理特征.

Al-Zr二元合金的第一原理计算

采用基于密度泛函理论的第一原理方法,计算了Al-Zr二元合金系金属间化合物的晶格常数、体弹性模量和形成焓,计算结果与已有的实验值和其他理论结果符合得很好.

N离子注入对Ti-Al-Zr合金耐蚀性影响研究

经完全退火处理的Ti-A l-Zr合金表面注入不同剂量的N离子,并在pH值为10的溶液中进行电化学腐蚀试验。结果表明,N离子注入后,试样表面首先形成具有四方结构的-εTi2N,随着离子注入剂量的增加,四方结构的-εTi2N逐渐向立方结构的σ-TiN转变,X射线光电子能谱的分析结果也证实了这一变化过程;N离子的注入能明显改善Ti-A l-Zr合金表面的耐腐蚀性能,且在注入8×1016ion/cm2时得到最佳的耐腐蚀性。根据原子碰撞理论对电化学腐蚀实验结果进行了理论分析。

时效处理对Al-Zr-Sc(-Er)合金组织和性能的影响

通过透射电镜(TEM)和扫描透射电镜(STEM)以及硬度、电导率测试等方法系统研究了时效处理对Al-Zr-Sc三元合金以及Al-Zr-Sc-Er四元合金显微组织和性能的影响。结果表明:对于Al-Zr-Sc合金,增加Sc含量,可显著提高合金时效响应速率、峰值硬度和热稳定性;增加Zr含量,显著提高了合金硬度和热稳定性,但会降低电导率。在Al-Zr-Sc合金中添加Er,进一步提高了合金的时效响应速率,促进了Zr,Sc的脱溶析出。Er与Zr,Sc形成具有核-双壳结构的Al 3(Er,Sc,Zr)相,明显改善合金的硬度和电导率。经300℃单级时效,实验合金硬度较高,但电导率相对较低;经400℃单级时效,实验合金时效响应速率加快,电导率明显提高,但硬度显著下降;经300℃/24 h+400℃的双级时效实验合金可获得电导率、强度和热稳定性的良好匹配。

冷拉拔对Al-Zr-(RE)合金硬度的影响及人工神经网络预测

通过维氏硬度测量和透射电镜(TEM)观察研究冷拉拔对Al-Zr-(RE)合金组织与性能的影响。结果表明:铝锆合金中Sc、Er的添加可以有效细化晶粒,改善第二相的析出,且析出的弥散Al3(Sc,Zr)相能够抑制再结晶,钉扎在冷拉拔过程中产生的位错阻碍位错运动,提高材料的硬度。在实测得到的维氏硬度值的基础上,采用误差反向传播(BP)算法训练人工神经网络,建立以变形量和稀土元素添加量为输入参数和维氏硬度为目标函数的网络。网络训练值与实验值较吻合,相关系数R达到0.992 1,用建立的网络进行仿真,仿真的相关系数为0.979 3,证明了网络的可靠性与良好的泛化推广能力。

连续ECAE动态时效成形制备Al-Zr-B合金的组织与性能

为制备高性能铝锆耐热合金导体,首次采用ECAE动态时效成形工艺制备了Al-Zr-B合金导体.借助光学显微镜、材料拉伸试验机和双臂直流电桥等测试手段,研究了连续ECAE动态时效成形Al-Zr-B合金显微组织、力学性能和导电性能.结果表明:随着ECAE成形道次的增加,合金线材的组织逐渐趋于均匀;时效热处理可有效改善Al-Zr-B合金导线的力学性能和导电性能.随着时效时间的延长,合金的抗拉强度先升高,出现峰值强度,再延长时效时间,强度降低;伸长率随着时间延长一直降低,等效导电率则不断升高.当时效温度180℃、时效时间12h时,Al-0.3Zr-0.06B合金的拉伸强度为265.32MPa、伸长率为6.7%、等效导电率为59.54%IACS,Al-Zr耐热合金导线的综合性能较好.

电解Al-Zr母合金的热力学

简要介绍了Zr在铝及铝基合金中的作用,提出利用氧化锆、氧化铝直接在电解槽中电解Al-Zr母合金的工艺方案;从热力学角度对该方案进行了分析,并利用Miedema模型对锆在铝中的活度系数进行了计算·结果表明:在活性阳极电解条件下(1223K),锆与铝可以共同析出,锆在铝中的活度系数接近1;氧化锆在电解液中的溶解度约0·55%;可以在电解槽中直接生产锆的质量分数为2%左右的Al-Zr母合金·

Yb和Si对Al-Zr合金析出行为的影响及作用机制

采用显微硬度、电导率测试、扫描电镜及三维原子探针等测试手段研究了Al-ZrYb、Al-Zr-Si和Al-Zr-Si-Yb合金的时效析出行为以及Yb和Si的作用机制。结果表明,同时添加Yb和Si能明显提高Al-Zr合金的析出强化性能,两者均可加速Al-Zr合金时效析出,但作用机制不同。时效初期Yb在α-Al中优先扩散,形成Al_3Yb作为Zr析出的异质核心,加速Zr的析出,形成核壳结构的复合析出相Al_3(Zr_(1-x)Yb_x)。Si可以提高Zr在Al基体中的扩散速率,因此添加Si后合金中Al_3Zr的时效析出孕育期缩短,析出相长大速率增大,但同时合金抗粗化能力下降。此外,Si的加入大大降低了Yb在Al基体中的固溶度。因此尽管Yb仍然倾向于偏聚在析出相中心,但原子分数仅约1%,Zr在析出相中几乎均匀分布,Si在基体/析出相界面处略有偏聚,析出相(Al,Si)_3(Zr_(1-x)Yb_x)总体上不呈现核壳结构。

微量Si对Al-Zr-Sc-Er合金微观组织和性能的影响

采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、透射电镜(TEM)和扫透电镜(STEM)以及硬度、电导率和拉伸性能测试等方法研究微量Si元素对Al-Zr-Sc-Er合金组织和性能的影响。结果表明:添加Si元素能够促进富Er初生相的形成,增加铸态合金硬度,但会显著降低电导率;在Al-Zr-Sc-Er合金中,经适当热处理可形成核−双壳结构的Al3(Er,Sc,Zr)复合相,添加Si能够增大合金时效响应速度,促进Zr、Sc、Er析出,并参与第二相形核,形成(Al,Si)3(Er,Sc,Zr)相。相较于未添加Si的合金,添加0.05%Si的合金经(300℃,24 h)+(400℃,48 h)双级时效后硬度和电导率均提高,但Si的添加会导致析出相粗化,从而降低合金的再结晶温度。

Al-Zr-Cr-La合金中多元弥散相的形成及其强化作用

研究了Al-Zr-Cr-La合金中多元弥散相的形成及其对合金的强化作用。结果表明,在合金中形成具有Al20Cr2La结构的弥散相;在含Zr的合金中,Zr溶入到Al20Cr2La相中。这种结构的弥散相,具有明显的抑制再结晶和强化合金效果。相对于无Zr的Al20Cr2La相,含Zr的Al20Cr2La相抑制再结晶能力尤为显著,强化合金能力也略有提高。

Al-Zr-O体系熔体反应法合成复合材料的微观组织和拉伸性能

采用熔体反应法 ,以ZrO2 、ZrSiO4 和ZrOCl2 粉剂为反应物在熔融的铝 ( 85 0℃ )中成功制备了Al/ (Al3 Zr +Al2 O3 ) P 复合材料。扫描电镜 (SEM )和电子探针 (EPMA)分析表明 :Al Zr O体系反应生成的复合材料 ,颗粒尺寸细小 ,Al2 O3 为 1～ 3μm ,Al3 Zr小于 1μm ,且弥散分布于基体中。拉伸试验结果显示 :Al Zr O体系反应生成Al/ (Al3 Zr +Al2 O3 ) P 复合材料的抗拉强度和屈服强度较基体纯Al均显著提高。其中Al ZrOCl2 体系生成的复合材料的抗拉强度为14 8 7MPa ,屈服强度为 112 4MPa ,分别较基体纯Al提高了 93 6 %和 170 8%。