Al-Zn-Mg-Cu系铝合金增材制造研究进展

Al-Zn-Mg-Cu系(即7xxx系)铝合金是军民两用最为广泛的一类超高强度铝合金,Al-Zn-Mg-Cu系铝合金增材制造技术具有复杂零件精密成形与轻量化设计等显著优势,市场需求广泛。本文综述了Al-Zn-Mg-Cu系合金增材制造技术的研究进展,总结了国内外增材制造7075铝合金目前存在的问题和改进措施。对7075铝合金增材制造技术未来的研究热点和发展方向进行了展望。

双尺度SiC_(p)增强Al基复合材料的制备及耐磨性研究

采用粉末冶金法制备了双尺度SiC_(p)增强Al基复合材料,SiC_(p)双粒径50μm:10μm的比例分别为1∶1、2∶1、3∶1、4∶1及5∶1,添加总含量为20vol%。通过销盘式摩擦磨损试验机对复合材料及对比试样HT300材料的耐磨性能进行了测试,使用SEM、EDS对复合材料及HT300摩擦磨损前后的微观形貌进行了表征,并对复合材料摩擦磨损机理进行了分析。结果表明,SiC_(p)与Al基体界面结合良好,无界面脱粘及孔隙产生。任一碳化硅颗粒粒径配比的SiC_(p)/Al基复合材料的耐磨性能均优于HT300,其中颗粒粒径配比为3∶1时耐磨性能最优,HT300磨损量约为颗粒粒径配比3∶1时的7~13倍。

拉伸试棒模具结构对铸造铝合金组织的影响

针对现有的国家标准铝合金的试棒浇注模具,浇注的试棒存在夹渣、气孔、缩松、冷隔等铸造缺陷,无法合理反映合金的真实力学性能的现状,本文使用ANSYS等软件,利用流体静力学和传热学原理科学的分析了直浇道的倾斜角度和内浇道与集渣腔连接的位置铝合金组织的影响,设计了一种铝合金拉伸试棒的铸造模具。模拟结果表明,直浇道的倾斜角度为70°时,流体流速波动范围最小;内浇道与集渣腔连接的位置为集渣腔压心时,集渣腔集渣过滤效果最佳。浇注实验结果表明,本模具成型的ZL205A和ZL101试棒平均晶粒和枝晶间距均优于GB/T1173-2013模具成型试棒组织。分析认为,合理的流速控制(直浇道的倾斜角)和集渣腔高度设计有利于试棒获得晶粒细小,铸造缺陷少的组织。

TiB_(2)颗粒增强6061铝合金的组织及力学性能

TiB_(2)颗粒对铝合金有良好的强化作用。通过超声辅助重熔稀释法制备TiB_(2)/6061复合材料,研究了TiB_(2)颗粒对铸态及挤压T6热处理态6061铝合金的微观组织及力学性能的影响。研究结果表明:添加2wt%TiB2颗粒后,铸态平均晶粒尺寸从未添加TiB_(2)的355.7μm细化至117.5μm;TiB_(2)颗粒可以促进再结晶过程中的形核,并抑制晶粒长大;挤压热处理态TiB_(2)/6061复合材料的屈服强度为330 MPa、抗拉强度为385 MPa,相比未添加TiB_(2)的合金分别提高了11.8%和7.0%,其主要强化方式为热错配强化和Orowan强化。

不同陶瓷颗粒表面处理对陶瓷/高铬铸铁复合材料微观界面的影响

采用传统的高铬铸铁制备电厂用磨煤机磨辊、磨盘已无法满足耐磨需求,陶瓷颗粒增强金属基耐磨复合材料成为替代传统耐磨材料的首选。本文研究了镀镍、镀钛表面处理对陶瓷/高铬铸铁复合材料微观界面的影响。结果表明,表面处理后陶瓷与高铬铸铁界面润湿性改善,可获得较好的铸渗效果。镀镍陶瓷颗粒与高铬铸铁复合材料没有明显的中间过渡层,二者之间的结合强度不高,陶瓷与高铬铸铁结合为机械结合。镀钛陶瓷颗粒与高铬铸铁复合材料的界面由于Ti元素的作用发生化学反应,形成明显的中间过渡层,界面结合强度高,陶瓷与高铬铸铁结合为冶金结合。

三重热处理对径向锻造Ti-6Al-4V钛合金组织和性能的影响

研究了几种三重热处理制度对径向锻造Ti-6Al-4V钛合金棒材组织和性能的影响。结果表明,在接近相变点进行三重热处理时,组织为网篮状组织;第一重热处理形成的网篮组织,经过两相区的二重固溶和三重时效后组织状态变化不大;随着固溶温度的增加,合金的强度逐渐上升,且距相变点越近,增加的幅度越大;伸长率和断面收缩率有下降趋势,在接近相变点时,下降幅度更大。在两相区进行三重热处理时,Ti-6Al-4V钛合金组织是典型的双态组织,包括近等轴α相和β转变组织,β转变组织内部为针状的次生α相和残余β相;当固溶温度在920~950℃时,强度和塑性呈现出良好的匹配关系,在热处理制度为950℃/1 h,AC+950℃/1 h,OQ+560℃/4 h,AC时,材料获得最佳高强度和高塑性匹配关系。

SiC_(p)/2024铝基复合材料冷压成形致密化特性研究

采用单轴模压法,以50μm、10μm双粒径SiC_(p)和2024铝粉混合粉末为原料,研究在102、204和306 MPa冷压条件下混合粉的冷压致密化行为、机理。采用粉末冶金法制备了SiC_(p)含量为20vol%的SiC_(p)/Al基复合材料,研究了热压烧结成形复合材料的组织和断口特征。结果表明,随着冷压压力的增大,冷压坯和复合材料的致密度均增加,204 MPa之后冷压坯致密度的增幅不明显,306 MPa冷压条件下冷压坯致密度最高达到85.8%,烧结后铝基复合材料的致密度最高达到99.87%。铝基复合材料的双粒径SiC_(p)与Al基体界面呈冶金结合,未出现SiC/Al界面脱粘现象及孔隙产生,复合材料断口中SiC_(p)均发生穿晶断裂,显示出良好的界面结合性能。

Sc掺杂TiB_(2)/6061复合材料热变形行为及热加工图

采用Gleeble-3800热模拟试验机对0.2%Sc-2%TiB_(2)/6061复合材料进行热压缩实验,研究了该材料在变形温度为623~773 K、应变速率为0.001~1 s-1条件下的热变形行为,基于应力应变曲线,构建了材料的本构方程及热加工图。结果表明:0.2%Sc-2%TiB_(2)/6061复合材料的流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而降低,材料的热变形激活能为227.751 kJ/mol;在热压缩过程中,失稳区主要出现在高应变速率区域(663~773 K,0.132~1 s-1)及低温区域(623~655 K,0.001~0.040 s-1),最优的热加工区域为变形温度703~773 K、应变速率0.017~0.107 s-1。热变形过程中该材料的软化机制主要为动态回复。

添加第三组元调控Al-Bi偏晶合金凝固组织研究进展

Al-Bi偏晶合金熔体冷却过程中由均一的液相经液-液相转变为两互不混溶的液相,在常规重力铸造条件下极易形成宏观偏析严重的凝固组织,极大限制其工业应用,因此有必要对Al-Bi偏晶合金凝固组织进行有效调控(细化和均匀化)。近年来,研究者对如何改善Al-Bi等偏晶合金偏析组织开展了大量研究,如快速凝固、施加外场和添加第三组元等,其中添加第三组元最有可能实现其低成本/规模化制备。基于此,本文主要综述了Al-Bi偏晶合金添加第三组元(合金元素、Al-(Ti)-(B)体系、陶瓷颗粒)的相关研究进展,其中添加含陶瓷颗粒的第三组元能够有效细化和均匀化富Bi相,获得弥散型Al-Bi基偏晶合金,该研究对于实现其大规模工业应用具有重大意义。

Al_(3)Ti/A356复合材料微观组织及力学性能研究

采用原位铸造法将Al_(3)Ti颗粒与铝基体复合可制备出高比强度的Al_(3)Ti/Al复合材料。原位Al_(3)Ti相易生成大尺寸长杆状颗粒且易团聚,降低熔体铸造性能并造成铸造缺陷。将超声处理工艺与原位铸造法结合,借助超声的空化和声流效应可有效分散并细化Al_(3)Ti颗粒,从而制备出组织均匀及性能优异的Al_(3)Ti/Al复合材料。本文以Al和K2TiF6为反应体系,通过超声辅助熔盐法制备出10%Al_(3)Ti/Al(质量分数)中间合金,在此基础上采用超声辅助重熔稀释法可制备出组织均匀及力学性能良好的5%Al_(3)Ti/A356(质量分数)复合材料,并对其微观组织和力学性能进行分析。结果表明,向A356基体中加入5%(质量分数)Al_(3)Ti,能够显著细化晶粒,α-Al平均晶粒尺寸从250μm细化为135μm,降低了46%;T6热处理态复合材料的屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为232 MPa、287 MPa、3.5%,相比于A356合金分别提高了10.4%、12.5%、94.4%。

GS-Ⅱ型水玻璃增强溃散剂的应用研究

研究了 GS- Ⅱ 型水玻璃砂的溃散性 (出砂性 )及不同模数铸件的砂型温度场分布和砂层的色泽变化 ,并对烧结层进行电镜分析。结果表明 ,GS- 型水玻璃增强溃散剂扩充了普通水玻璃砂的溃散区域 ,提高了旧砂的回用率。

知识产权在科学研究中的作用

主要论述了知识产权的主要组成部分—专利文献在科学研究中的地位。专利文献贯穿科学研究的整个过程,从科学研究立项、科学研究过程和科学研究成果的形成,都积极地发挥着作用。在知识经济时代,企业要在国际上站得稳,必须拥有高质量的、一定数量的和覆盖主要市场的发明专利,才能使自己开拓并占领市场,才能不断地战胜对手,使企业拥有强大的竞争实力,逐渐发展壮大。

高强度阻尼铝基复合材料研究

基于多相结构阻尼原理,根据阻尼混合原则,通过激冷金属基体提高其阻尼行为的同时添加合理的合金元素、具有不同截面滑动能耗的增强相以及改变增强相的体积分数,采用高速小漩涡剪切搅拌制备的混杂颗粒增强铝基复合材料,既获得高的比强度和比刚度同时,也有优异的阻尼性能,实现了在不降低A356性能的同时,开发出一种以A356为基的低密度高强度高阻尼结构-功能一体化的新型结构材料。

锑和混合稀土对AZ91镁合金流动性的影响

研究了锑和混合稀土对AZ91镁合金的流动性及结晶温度间隔的影响,结果表明:在AZ91中添加0.4%Sb,可以使该合金流动性提高34%,结晶温度间隔减少16℃;添加0.8%RE,可以使该合金流动性提高26%,结晶温度间隔减少21℃;同时加入0.8%RE和0.4%Sb使该合金的流动性提高31%,结晶温度间隔减少28℃。锑与合金中的镁形成短棒状的金属间化合物Mg3Sb2,混合稀土与合金中的铝形成片状金属间化合物Al11La3和Al11Ce3;两种添加物均可以细化AZ91合金的铸态组织。

复合变质和电磁搅拌对过共晶铝合金组织的影响

采用L9(33)正交试验,通过OM、XRD等分析方法研究了三元复合变质剂与旋转磁场对Al-13Si合金晶粒的影响。结果表明:当变质剂为0.8%Cu-10P,0.35%RE,0.02%Al-10Sr组合时,变质效果好,初生硅尺寸减小到25～30μm。在三元复合变质基础上,施加旋转磁场可以进一步增强变质效果并能有效细化α-Al枝晶尺寸。

Al_3Ti-SiCp/Al-13Si复合材料力学性能研究

分析了利用原位反应和液态搅拌合成技术制备的Al3Ti-SiCp/Al-13Si复合材料的微观组织和增强相的微观结构,检测了该复合材料的力学性能,探讨了该复合材料的增强机理。研究结果表明:(1)T6态下该复合材料的室温、高温力学性能相对于基体材料分别提高了8%和20%,弹性模量提高了17%;(2)增强相主要是Al3Ti、SiCp;(3)增强机理是:细晶强化、颗粒增强和固溶时效强化。

热处理温度对ITO薄膜组织与光电性能的影响

采用溶胶-凝胶工艺制备出纳米晶ITO透明导电薄膜。采用XRD和SEM分析了薄膜物相和显微形貌。采用面电阻仪和分光光度计测量了薄膜方阻和透光率。实验结果表明,随热处理温度升高,晶化趋于完整,组织逐渐均匀致密,晶粒有所长大,700℃热处理时薄膜完全晶化。另外,随热处理温度升高,方阻减小而透光率增加。经过700℃热处理,厚度400nm的ITO膜的方阻约300Ω/□,透光率>80%。

Al-12.5Si-3Cu-2Ni-0.5Mg铸造合金热处理工艺设计

采用相图计算软件Pandat建立了Al-xSi-3Cu-2Ni-0.5Mg系合金、Al-12.5Si-xCu-2Ni-0.5Mg系合金平衡相图及Al-12.5Si-xCu-2Ni-0.5Mg合金相含量随温度变化曲线,结合DSC曲线对Al-12.5Si-3Cu-2Ni-0.5Mg铸造合金的热处理工艺进行了设计。结果表明:利用Pandat相平衡热力学软件计算平衡相图,结合DSC曲线来设计Al-12.5Si-3Cu-2Ni-0.5Mg合金热处理工艺是可行的;确定获得最佳室温和高温力学性能的热处理工艺为500℃×2h淬火+215℃×4h空冷;热处理后其室温力学性能平均值为σb=356MPa、δ=0.7%,高温力学性能(350℃)平均值为σb=139MPa、δ=3.5%。

不同孕育剂对高碳当量高锰灰铸铁组织与性能的影响

研究了不同的孕育剂对高碳当量高锰灰铸铁组织和性能的影响。结果表明:加入一定量的Mn和CaSi的孕育剂可以明显改善孕育效果,细化珠光体组织,改善石墨形态,从而提高灰铸铁的力学性能;当总Mn含量为2.1%时,孕育剂为0.2%Mn+0.2%SiCa+0.2%SiFe,材料的组织形态和力学性能最佳。

Al-Ti-C对AZ91D镁合金组织及力学性能的影响

研究了Al-Ti-C不同加入量、不同加入温度对AZ91D镁合金组织的影响，得到了两种工艺因素对AZ91D镁合金的组织和力学性能的影响规律：不同加入量（0、0．5％、1．2％、1．8％、2．5％、3．2％，质量分数，下同）Al-Ti-C和Al-Ti-C加入量为2．5％时不同加入温度（680℃、710℃、740℃、770℃）综合优化后，Al-Ti-C细化剂加入量为2．5％、加入温度为710℃的AZ91D镁合金组织细化程度及综合力学性能最佳。