电弧喷涂Zn-Al伪合金涂层耐腐蚀性能研究进展

通过在钢基体表面制备涂层可以很好地延长钢铁材料的服役时间,减少因腐蚀造成的重大事故和人员伤亡。相较于传统的纯Zn涂层、纯Al涂层以及Zn-Al合金涂层,Zn-Al伪合金涂层能够为基体材料提供长久有效的腐蚀防护,在钢铁材料的腐蚀防护中具有巨大的应用潜力。简述了Zn-Al伪合金涂层电弧喷涂制备工艺的特点;介绍了Zn、Al、Zn-Al合金及Zn-Al伪合金涂层在模拟海洋环境下的腐蚀防护原理;在此基础上从组分、喷涂工艺参数(喷涂距离、喷涂电流和喷涂电压)、元素掺杂(Mg、Si及Re)及后处理工艺(封孔、激光重熔)等角度,论述了其对Zn-Al伪合金涂层耐蚀性的影响;讨论了Zn-Al伪合金涂层防腐体系在桥梁、海洋钢结构件、地下运输管道中的应用现状;最后总结了目前研究工作中存在的挑战,提出了电弧喷涂Zn-Al伪合金涂层尚需深入研究的重点问题,为提高钢铁材料使用寿命提供了参考。

孔隙和α-Al(Fe/Mn)Si相对高压压铸Al-7Si-0.2Mg合金塑性的影响

采用高压压铸工艺制备两批次不同尺寸的Al-7Si-0.2Mg(质量分数,%)合金,获得显微组织和孔隙非均匀分布的薄壁铸件,并对比研究孔隙和显微组织对铸态合金塑性的影响。结果表明:不同铸件和不同位置样品的伸长率有较大波动(9.7%~17.9%)。当合金存在大面积孔隙时,有效承载面积减小导致由孔隙产生的应力集中使合金伸长率显著降低。当合金只存在小面积孔隙时,塑性变形过程中合金中的α-Al(Fe/Mn)Si相先于共晶硅相发生脆性断裂,α-Al(Fe/Mn)Si相的数量密度对伸长率的波动起主导作用,具有高数量密度α-Al(Fe/Mn)Si相试样的伸长率显著降低。此外,局部较高的冷却速率导致铸件α-Al(Fe/Mn)Si相数量密度的增加。

Mg-Al-Zn合金激光填丝焊接接头的显微组织与力学性能

采用激光填丝焊方法对4 mm厚的Mg-Al-Zn系镁合金进行焊接,采用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪对接头的微观组织进行分析,并对接头的拉伸性能和显微硬度进行测试。结果表明,接头焊缝区主要由α-Mg基体相和β-Mg17Al_(12)强化相组成。与母材区相比,接头热影响区的硬度有所降低,与该区域的晶粒粗化有关。在激光功率3.0 kW,焊接速度1.5 m/min,送丝速度2.1 m/min的工艺条件下获得的接头,焊缝成形良好,其抗拉强度为315 MPa,与母材的抗拉强度接近。接头拉伸断口上分布着一定数量的韧窝和河流花样,总体呈韧-脆混合型断裂特征。

Au-Ag-Al系相图的热力学优化和计算

使用计算相图方法(CALPHAD)计算Au-Ag-Al的三元相图时,三个边际二元相图(Au-Al,Au-Ag,Ag-Al)的准确性对三元相图的计算有很大的影响,目前Au-Al边际二元相图存在着一定的矛盾。在综合评估Au-Al体系实验数据的基础上,优化和计算了Au-Al合金体系的平衡相图,使用置换式溶体溶液模型描述Au-Al体系中液相、Bcc和Fcc相的吉布斯自由能,分别用亚点阵模型(Al)(Au)_(4)、(Al)_(3)(Au)_(8)、(Al)(Au)_(2)、(Al)(Au)和(Al,Au)_(2)(Al,Au)描述AlAu_(4)、Al_(3)Au_(8)、AlAu_(2)、AlAu和Al_(2)Au相,通过Pandat软件优化得到一组各相的热力学参数,计算得到的Au-Al相图与实验数据和热力学数据相吻合。结合Au-Ag和Ag-Al的热力学参数,计算了Au-Ag-Al液相面投影图和等温截面图,液相面投影图显示该三元系存在8个四相平衡反应,对Au-Ag-Al合金的研究具有指导意义。

Fe-Al金属间化合物的第一性原理研究综述

Fe-Al金属间化合物具有密度低、比强度高、抗高温氧化和耐腐蚀性良好等优点,且成本低廉,成为镍基高温合金潜在的替代结构材料。综述了利用第一性原理计算研究元素掺杂/微合金化对Fe-Al金属间化合物及涂层的室温脆性、高温强度、界面结合、抗高温氧化及耐腐蚀性能影响的研究进展,设计了第一性原理研究B2型Fe-Al合金耐氯化盐腐蚀机理的理论计算方案,展望了第一性原理计算应用于Fe-Al合金及涂层材料研究的发展方向。

Cu-Al层状复合材料金属间化合物结构稳定性的第一性原理计算

铜铝层状复合材料在固液复合铸轧成型时,固态铜与液态铝在接触面发生界面反应生成的金属间化合物容易引发晶界脆性、晶间裂纹或弹性畸变致使其开裂而失效。因此,一个强而稳定的界面对于整个复合材料的结构强度至关重要。为深入了解界面金属间化合物的化学键合、晶体结构及稳定性,利用第一性原理对Cu-Al层状复合材料中常见的金属间化合物Al_(4)Cu_(9)、Al_(2)Cu、AlCu开展了热力学性能、力学性能和电子结构的相关计算。有效生成热数值表明,扩散初始阶段Al_(2)Cu相将在界面处最先生成,待Al_(2)Cu初生相形成后,将依次生成Al_(4)Cu_(9)、AlCu。Al_(2)Cu、Al_(4)Cu_(9)和AlCu均符合力学稳定性标准,对比它们的B/G值、泊松比和硬度,3种金属间化合物均为脆性相,其中Al_(2)Cu的脆性最大且硬度最高。通过对能带、态密度和Mulliken布居进行分析,发现金属键在Al_(2)Cu和AlCu化学键中具有更强的离子性特征,而在Al_(4)Cu_(9)化学键中具有更强的共价性特征,使得Al和Cu原子之间的相互作用更紧密,稳定性更强。

烧结NdFeB磁体表面Zn-Al/T8超疏水复合涂层的显微组织及耐蚀性

为提升烧结NdFeB磁体的耐蚀性,采用旋涂法和等离子体增强化学气相沉积技术在其表面制备Zn-Al/T8(2-全氟辛基乙基丙烯酸酯)超疏水复合涂层。结果表明,Zn-Al涂层主要由片层状的Zn和Al相组成,厚度大约为28μm。Zn-Al/T8复合涂层的接触角达到151.78°,而滚动角仅为5.13°,说明Zn-Al/T8复合涂层可提供一个超疏水表面。Zn-Al涂层和Zn-Al/T8复合涂层对烧结NdFeB的磁性能均无显著影响。Zn-Al涂层通过牺牲阳极来提高NdFeB磁体的耐蚀性,而Zn-Al/T8复合涂层通过超疏水表面进一步提升耐蚀性。Zn-Al/T8复合涂层较Zn-Al涂层具有更好的耐盐雾性能。Zn-Al/T8超疏水复合涂层是一种非常有前途的烧结NdFeB磁体保护涂层。

Mg-Al-Gd铸造合金的相平衡及凝固行为

采用CALPHAD(CALculation of PHAse Diagrams)方法重新对Mg-Al-Gd三元系进行评估,获得一套自洽的热力学参数。用Mg_(x)(TM,Mg)_(6)(RE,Mg)_(8)热力学模型(TM=过渡金属,RE=稀土金属)描述长周期堆积有序相14H和18R。计算代表性的等温截面、垂直截面、液相线投影图和相关的零变量反应,与实验数据进行比较,表明所得热力学参数的可靠性。绘制了整个三元体系的反应图,并对几种Mg-Al-Gd合金的Scheil凝固路径和相分数进行计算和分析,清楚地描述了凝固过程中各相的形成以及γ和LPSO相的相分数随Gd成分的变化,这些是影响Mg-Al-Gd合金的显微硬度、极限抗拉强度和屈服强度的重要因素。

1060Al/Al-Al_(2)O_(3)/1060Al层状铝基复合材料热变形模型对比分析

采用Gleeble-3500热模拟试验机在变形温度为25~400℃、应变速率为0.01~10s^(-1)和真应变为0.85的条件下,对1060Al/Al-Al_(2)O_(3)/1060Al层状铝基复合材料进行了热压缩试验,研究其热变形行为,建立了应变补偿的Arrhenius (SCA)、修正的Johnson-Cook (MJC)和修正的Zerilli-Armstrong (MZA) 3种本构模型,并对流变应力的预测值与实验值进行对比。结果表明,层状复合材料流变应力呈加工硬化型,并随温度升高或应变速率降低而降低;在100℃/0.5s^(-1)、200℃/0.1s^(-1)和300℃/0.1s^(-1)条件下,层状复合材料组元层间变形较为协调;3种本构模型中,MZA模型的相关系数最高,R为0.99085、平均绝对相对误差最低,e_(AARE)为0.046966,更适合描述1060Al/Al-Al_(2)O_(3)/1060Al层状铝基复合材料的热变形行为。

Ni-Al辅助微波自蔓延烧结制备Ti_(3)SiC_(2)基金刚石复合材料工艺研究

为降低金刚石磨削工具的制造成本和能耗,探寻一种在低能耗下实现高性能陶瓷结合剂金刚石磨具的制备工艺,同时研究助燃剂Si和金刚石粒度等因素对样品物相组成、显微形貌和磨削性能的影响。采用Ti、Si、石墨粉和金刚石磨料作为原料,经冷压成型至生胚,通过Ni-Al辅助在微波场加热诱发Ti-Si-C体系发生自蔓延高温合成(SHS)反应以制备Ti_(3)SiC_(2)基金刚石复合材料。结果表明,高热值Ni-Al合金辅助可以缩短样品的烧结时间,还可以将诱发SHS反应的温度点控制在金刚石石墨化温度以下。在Ar保护气氛下,Ti-Si-C体系发生SHS反应,可生成Ti_(3)SiC_(2)、TiC和Ti5Si3等3种物相。随Si含量升高,Ti_(3)SiC_(2)相先增多后减少,当n(Ti):n(Si):n(C)=3∶1.1∶2时,复合材料的磨削性能最佳,磨耗比最高可达286.53。分析不同原料配比下的试样磨耗比差异的产生机制,认为基体组织中存在微小且分布均匀的气孔结构,在磨削时可产生大区域的平整磨削面,易于发挥金刚石磨料的磨削效果,有利于提升复合材料样品的磨削性能。

热浸镀Zn-Al-Mg镀层在模拟湿热海洋大气环境中的腐蚀行为研究

目的 为详细研究热浸镀Zn-Al-Mg镀层在模拟湿热海洋大气下的腐蚀行为及作用机理,同时为热浸镀Zn-Al-Mg镀层在湿热海洋大气环境中服役提供数据参考。方法 采用腐蚀失重、XRD、SEM、电化学等测试方法对热浸镀Zn-Al-Mg镀层在模拟湿热海洋大气环境下的腐蚀行为进行研究。结果 腐蚀产物主要由Zn_(5)(OH)_(8)Cl_(2)·H_(2)O组成,腐蚀一段时间后,发现少量ZnO、Zn_(5)(OH)_(6)CO_(3),腐蚀产物具有与锌腐蚀类似的层状结构,1 848 h呈“三明治”型,相比于上下两层暗色物质,中层亮色腐蚀产物富集更多的Cl元素。热浸镀Zn-Al-Mg镀层腐蚀速率大体随时间延长呈上升趋势,只在672~840 h腐蚀速率下降,对比镀锌在模拟环境和锌在湿热大气环境中的腐蚀,热浸镀Zn-Al-Mg镀层在模拟湿热海洋大气中表现出较好的耐蚀性。结论热浸镀Zn-Al-Mg镀层在模拟湿热海洋大气下腐蚀产物演变与腐蚀过程中Mg的参与有关。腐蚀672~840h阶段腐蚀速率下降的原因与腐蚀产物中ZnO的减少和Zn_(5)(OH)_(8)Cl_(2)·H_(2)O占比增加有关。对比镀锌在模拟环境和锌在湿热大气环境中的腐蚀,预测热浸镀Zn-Al-Mg镀层在严酷湿热海洋大气中仍具有较高的耐蚀性,可以优先考虑作为湿热海洋环境的建设用材。

茜素-Al(Ⅲ)络合物制备及对涤纶针织物的染色

为缩短染色流程,制备茜素-Al(Ⅲ)络合染料,采用紫外-可见和红外光谱对络合物进行表征,分析茜素-Al(Ⅲ)络合染料用于涤纶针织物的染色效果,并与同媒染色工艺对比。结果表明:茜素-Al(Ⅲ)络合染料制备的优化工艺参数为:n(茜素)∶n(Al^(3+))=2∶1,pH值为5.00,反应温度40℃,时间30 min;当染色pH值为3.00时,络合染料染色的黄色谱涤纶织物K/S值增加了81.69%;当染色pH值为9.00时,络合染料染色的红色谱涤纶织物染色K/S值增加了11.72%;茜素-Al(Ⅲ)络合染料染色涤纶织物的耐干摩擦色牢度3级以上,耐湿摩擦色牢度2~3级以上,耐皂洗变色牢度4~5级。

Fe-Al-V三元系富铁角热力学优化

采用CALPHAD方法对Fe-Al-V三元系富铁角进行热力学优化,并首次提出采用三亚点阵模型描述三元金属间化合物L21相,即(Fe)2(Al,Fe)1(Fe,V)1。基于可靠的边界二元系热力学描述,结合Fe-Al-V三元系富铁角试验数据,通过优化获得了一套自洽准确的热力学模型参数。优化的模型参数可较满意地重现Fe-Al-V三元系富铁角的相平衡关系,弥补了商业数据库无法对其进行描述的不足,为钒微合金化轻质钢的设计开发提供可靠的理论基础。

Pickering乳液自组装CL-20/n-Al/F2605复合空心微球的制备与性能

高能量、高爆热的六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)/Al复合物由于自身的高感度而限制了在炸药领域的广泛应用。为制备高能量和高安全性的CL-20/Al含能复合材料,采用Pickering乳液法制备了空心球形CL-20/n-Al/F2605(氟橡胶)复合物,并对Pickering乳液稳定性、复合物表面结构、热分解、燃烧及安全性能进行了分析。结果显示:当2 mL乙酸乙酯中溶解的CL-20固体质量为0.10~0.14 g、油水质量比在1:5~1:7之间、超声时间小于30 min、静置时间小于120 min时,形成的乳液稳定性好。该复合物表面结构粗糙,中位径d_(50)为73.17μm,各组分复合均匀。复合物的热分解峰温和活化能分别为236.7℃、164.6 kJ/mol,n-Al和F2605降低了CL-20分解过程中21.2%的活化能。复合物平均线性燃速为7.14 cm/s;特性落高H_(50)为39.5 cm,和原料CL-20相比提升了26.5 cm,安全性能得到提高。

Cu-Al尖晶石氧化物缓释催化剂表面重构对促进甲醇重整反应性能的研究

Cu-Al尖晶石氧化物作为甲醇水蒸气重整制氢缓释催化剂,在反应过程中逐渐释放活性Cu,其催化行为与催化剂的表面结构密切相关。本研究采用酸碱溶液对固相球磨法合成的Cu-Al尖晶石催化剂进行表面处理,以期通过表面组成及结构的修饰来提高其催化性能。研究结果表明,硝酸、氨水、氢氧化钠溶液与催化剂的作用差别极大,酸处理去除了催化剂表面的Cu和Al物种,氢氧化钠溶液处理则主要去除了Al物种,氨水溶液处理作用最弱,去除了极少量的Cu和Al。伴随着Cu、Al物种的流失,催化剂表面结构重组和铜物种再分布改变了铜的缓释行为。反应性能评价结果表明,硝酸和氨水处理改善了缓释催化性能,其中,硝酸处理后的催化剂表现出更优异的催化稳定性;而氢氧化钠溶液处理不利于缓释催化性能的提高。结合反应后催化剂表征结果,阐明缓释Cu粒径大小和Cu晶粒微观结构应变对催化性能发挥着重要作用。当前工作为提高缓释催化提供了一种切实可行的方法。

铝源对Cu-Al尖晶石物化性质和逆水煤气变换性能的影响

基于高能球磨和固相焙烧的方法,采用杂质元素(Na、Fe、Si和S)含量不等的四种拟薄水铝石和氢氧化铜制备了Cu-Al尖晶石固溶体催化剂,通过ICP-AES、TG、XRD、H2-TPR和BET表征了催化剂的物化性质,并考察了对逆水煤气变换反应的催化性能。结果表明,拟薄水铝石中的杂质元素对于Cu-Al尖晶石催化剂的物相性质、还原性能、织构性质和催化性能有显著的影响,Si有助于合成高比表面积的催化剂,但不利于Cu-Al尖晶石生成,导致催化活性低;含有少量Na和Fe的尖晶石的催化活性较低;S物种经高温焙烧后分解,对催化活性没有影响;基于杂质元素含量最低的拟薄水铝石合成的催化剂中难还原尖晶石含量最高,表现出最高的逆水煤气变换催化活性。此外,基于活性最优样品的CO_(2)-TPDMS和In-situ DRIFTS分析表明,Al上形成的双齿甲酸盐是Cu-Al尖晶石固溶体催化CO_(2)加氢生成CO的主要中间产物,其含量与催化活性随反应时间的变化规律一致。

LPSO相调控对ECAP挤压Mg-Y-Zn-Al合金组织和力学性能的影响

针对含18R-LPSO相铸态Mg-Y-Zn系合金塑韧性差、变形后力学性能提高有限的问题,研究了固溶、铸态+ECAP挤压和固溶+ECAP对Mg-3.74Y-1Zn-0.5Al(at%)合金力学性能的影响。结果表明,固溶处理诱发18R→14H-LPSO相转变、Al(Y,Zn)相化合物颗粒破碎细化,改善了合金的塑性,但强度几乎不变。铸态+ECAP挤压导致18R-LPSO和Al(Y,Zn)相破碎,并诱发大量α-Mg晶粒发生再结晶。固溶+ECAP挤压使14H-LPSO相弯曲或扭折变形、细小Al(Y,Zn)颗粒均匀分散,仅少数α-Mg晶粒发生再结晶,其强度、塑韧性远高于铸态+ECAP挤压合金的。良好强度、塑韧性匹配的14H-LPSO相的大量形成、α-Mg基体再结晶被抑制及细小Al(Y,Zn)颗粒的均匀分散是其性能提高的主要原因。

Si的添加对Cu-Ni-Al合金显微组织和性能的影响

Cu-Ni-Al合金作为一种超高强、导电的弹性铜合金,在电子工业、航空航天、仪器仪表等方面应用广泛。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和扫描透射电镜(STEM)对Cu-6Ni-2.76Al和Cu-6Ni-2.76Al-0.4Si合金时效后的显微组织进行了研究。结果表明:Cu-6Ni-2.76Al合金在经过900℃×12 h均匀化退火+80%热轧变形+950℃×2 h固溶+50%冷轧变形+500℃×8 h时效处理后的综合性能较好,硬度为279.5 HV0.3,导电率为16.14%IACS,合金的强化相为纳米级球状颗粒γ′-Ni3Al相;Cu-6Ni-2.76Al-0.4Si合金在经过900℃×12 h均匀化退火+80%热轧变形+950℃×2 h固溶+50%冷轧变形+450℃×2 h时效处理后的综合性能优异,硬度为313.2 HV0.3,导电率为13.24%IACS,合金的强化相为纳米级颗粒γ′-Ni3Al相和δ-Ni2Si相。Si元素的添加对合金的导电率影响不大,但显著地提高了其峰值硬度,且缩短了达到硬度峰值所需要的时效时间,但也使得合金抗过时效能力下降。γ′-Ni3Al和δ-Ni2Si强化相与Cu基体的位向关系分别为:[001]_(Cu)∥[001]_(Ni_(3)Al)∥[001]_(δ);(110)_(Cu)∥(110)_(Ni_(3)Al)∥(100)_(δ);(110)_(Cu)∥(110)_(Ni_(3)Al)∥(010)_(δ)。沉淀强化作用对合金性能的提升最显著。

Ce对Zn-Al-Mg合金镀层组织和耐腐蚀性能的影响

为了考察Ce含量对热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层的组织和耐腐蚀性能的影响,采用SEM、EDS、XRD等方法对镀层的形貌、组织成分及物相进行了观察分析,结合盐雾试验对腐蚀产物形貌、组成及含量以及去除腐蚀产物后的镀层形貌进行了分析,并进一步通过电化学测试考察了不同镀层在3.5%NaCl溶液中的电化学行为。结果表明,Zn-5Al-1.5Mg-xCe (x=0, 0.05, 0.10, 0.25,质量分数,%)合金镀层的组织由富Zn相、富Al相和Zn/Al/MgZn_(2)(或Mg_(2)Zn_(11))三元共晶组织组成,少量Ce的加入增加了镀层中三元共晶组织的比例。Ce可以减薄镀层,细化富Al相,提高镀层的均匀性。当Ce添加量为0.10%时,细化效果最好。另外,Zn-5Al-1.5Mg-0.10Ce合金镀层的耐腐蚀性能最好,是Zn-5Al-1.5Mg合金镀层的2.6倍左右。Ce提高了镀层的均匀性,减少了局部腐蚀,提高了Zn_5(OH)_8Cl_(2)·H_(2)O腐蚀产物保护层的均匀性和致密性,从而提高了镀层的耐腐蚀性能。

RE-Si-Al-O玻璃相对高熵稀土双硅酸盐微结构及耐CMAS腐蚀性能的影响

环境障涂层是高功重比航空发动机的关键技术,其目的是阻挡燃气及环境腐蚀介质的侵蚀,为陶瓷基复合材料热端部件提供有效保护。目前,高熵稀土双硅酸盐((xRE_(1/x))_(2)Si_(2)O_(7))是最具潜力的新一代环境障涂层材料。为了进一步提升高熵稀土双硅酸盐的耐高温(1500℃)CMAS(CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2))腐蚀能力,本工作设计制备了一种新型高熵(Y_(0.25)Yb_(0.25)Er_(0.25)Tm_(0.25))_(2)Si_(2)O_(7)/RE-Si-Al-O(RE=Yb、Y、La)复相陶瓷。结果表明,在复相陶瓷中,RE-Si-Al-O玻璃相不仅能够包裹陶瓷晶粒,而且能够促进稀土双硅酸盐晶粒长大,减少晶界数量,使CMAS熔体的渗入通道数量减少。同时,随着RE-Si-Al-O玻璃相中稀土离子半径增大,玻璃相更易与CMAS熔盐中的Ca^(2+)离子反应,生成磷灰石相,降低CMAS熔体的活性,抑制高温CMAS熔盐对高熵稀土双硅酸盐晶粒的侵蚀,从而提高高熵稀土双硅酸盐的耐高温CMAS腐蚀能力。在1500℃腐蚀48 h后,(Y_(0.25)Yb_(0.25)Er_(0.25)Tm_(0.25))_(2)Si_(2)O_(7)/La-Si-Al-O复相陶瓷表面仍残留CMAS熔盐层,表明该复相陶瓷具有良好的耐高温CMAS腐蚀能力。该复相陶瓷的微结构设计为增强环境障涂层材料在高温CMAS环境下的长期应用提供了一种新的思路。