电弧离子镀Al-Cr-O/Zr-O+NiCoCrAlSiY和Al-Cr-O+NiCoCrAlSiY涂层的抗氧化性和隔热性能

采用电弧离子镀在高温合金表面沉积Al-Cr-O/Zr-O多层涂层和Al-Cr-O单层涂层+NiCoCrAlSiY结合层,并在1000~1200℃下进行热处理。利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析涂层的显微组织和物相结构。结果表明,Al-Cr-O/Zr-O多层涂层和Al-Cr-O单层涂层均呈现出致密的球形结构。热处理后,Al-Cr-O/Zr-O涂层表面出现裂纹,且裂纹随着温度的升高而增多和变粗。然而,Al-Cr-O涂层经热处理后其表面胞状结构转变为紧密连接的粒状结构,并且随着热处理温度的升高,粒状结构显著长大。由于作为氧离子导体以及t-ZrO_(2)的致密度低于α-Al_(2)O_(3),Al-Cr-O/Zr-O涂层中的t-ZrO_(2)为氧离子向涂层内扩散提供了通道,因此,Al-Cr-O单层涂层+NiCoCrAlSiY涂层体系的高温抗氧化性优于Al-Cr-O/Zr-O多层涂层+NiCoCrAlSiY涂层体系。但是,由于更大的陶瓷涂层厚度,t-ZrO_(2)相的低热导率以及层间界面的热反射作用,Al-Cr-O/Zr-O多层涂层+NiCoCrAlSiY涂层体系的隔热性能优于Al-Cr-O单层涂层+NiCoCrAlSiY涂层体系。

Al-Cr-Fe-Mn-Ni高熵合金中的L2_(1)相的相稳定性及其性能研究

为开发兼具良好强度与塑性的BCC基高熵合金,可引入与基体共格的B2或L2_(1)相。L2_(1)相具有更好的抗蠕变性能,有望在高温环境中得到应用。但是,目前对BCC型高熵合金中L2_(1)相的存在规律、相稳定性及其对合金性能的影响还缺乏深入的研究。为此,本工作研究了电弧熔炼制备的铸态Al_(0.5)Cr_(2.5-x)FeMn_(x)Ni(x=0.5~1.75)、Al_(0.75)Cr_(2.25-y)FeMn_(y)Ni(y=0.25~1.5)、AlCr_(2-z)FeMn_(z)Ni(z=0.5~1.5)高熵合金的相组成,及800℃或1000℃真空退火120 h对合金组织和相组成的影响。研究表明,这些合金中L2_(1)相的成分特征由40%~50%(原子分数)Ni和15%~20%(原子分数)Al、Mn组成。L2_(1)相只存在于Al含量为10%~15%(原子分数)的合金中,且多以BCC+L2_(1)两相共存,获得的组织为编织网状的调幅分解组织。当Al含量达到20%(原子分数)后,合金则由BCC+B2两相构成。L2_(1)相的存在会使BCC型XRD特征峰出现明显的峰分裂。经过800℃或1000℃退火后,合金中L2_(1)相仍能稳定存在,合金显微组织发生粗化并会形成σ或FCC相。铸态合金的硬度随Mn含量的增加而降低,含L2_(1)相的合金的硬度在463HV~558HV范围内。800℃退火会使含5%~15%(原子分数)Mn的合金硬度降低70HV~100HV,但由于硬质σ相的析出,含20%~30%(原子分数)Mn的合金硬度提高200HV以上;1000℃退火后,由于软质FCC相的形成,合金的硬度略有降低,这些结果将为BCC型高熵合金的设计奠定基础。

Al-Cr中间合金在熔融Al-Zn-Mg-Si-Fe镀液中的扩散反应研究

以Al-Cr中间合金锭和熔融Al-Zn-Mg-Si-Fe镀液为研究对象,研究了Al-Cr中间合金锭浸入含不同质量分数Fe的630℃熔融镀液15 h的扩散反应。使用扫描电子显微镜、能谱仪分析了扩散前后Al-Cr中间合金锭组织和成分的变化,同时研究了镀液中Fe质量分数对Cr溶解度的影响。研究发现,随着镀液中的Zn、Mg、Si、Fe长时间向Al-Cr锭内部扩散,Al-Cr锭中原有的Al基体的组织转变成了与镀液成分相近的组织,原有的富Cr第二相转变成了Al-Cr-Zn-Si相和Al-(Fe,Cr)-Si相。随着Al-Cr锭中的Cr向镀液扩散,镀液中Cr质量分数升高,并在5 h后达到饱和。由于Cr和Al、Fe、Si优先形成了Al-(Fe,Cr)-Si金属间化合物,因此镀液中的Fe显著降低了Cr元素的饱和溶解度,当镀液Fe质量分数由0.10%增加至0.42%时,镀液中Cr质量分数由0.047%~0.059%减少至0.012%~0.016%。

Pt-Al-Cr体系的相图集成建模与计算

Pt基高温合金是一类力学性能和抗氧化性优异的高温合金,开发相关的热力学数据库是进行该类合金设计的必要前提。本文系统整理和评估了Pt-Al-Cr体系热力学数据、相图的实验数据和第一性原理计算数据,计算了Pt-Al、Pt-Cr和Al-Cr的混合焓和形成焓等热力学性质,计算得到的相图和热力学性质与实验数据和第一性原理计算数据吻合较好。在此基础上,结合相图计算方法(CALPHAD)通过热力学外推优化建立Pt-Al-Cr三元体系的成分-温度相图模型。使用该模型计算Pt-Al-Cr体系液相面投影图和873.15、1073.15、1273.15 K的等温截面图,热力学计算结果与实验数据吻合较好。

Al-Cr和Al-Cr-Mn合金系准晶粉末的制备和研究

文中给出了Al-Cr和Al-Cr-Mn合金系准晶粉末的制取方法,同时对准晶粉末的形貌、成分、衍射特征和热稳定性能进行了研究,并且采用计算机对高温衍射数据进行了处理,绘制了准晶动态相变图。结果表明,在Al-Cr和Al-Cr-Mn合金系列之中,合金成分和冷却速度对二十面体相的形成有很大影响,Al_(82)Cr_(18)和Al_(82)(Mn,Cr)_(18)在10~5～10~6K/s的冷却速度下,能够得到几乎完全的二十面体的准晶粉末。在Al-Cr合金中,随着Cr含量的增加,提高了准晶相的热稳定性,添加第三组元Mn,也能提高准晶相的热稳定性。

钛合金表面低氧压熔结Al-Cr涂层及其高温抗氧化性

采用低氧压高温快速熔结技术在钛合金表面制备Al Cr熔结涂层,通过对涂层形貌及涂层断面的组织结构进行观察、分析,研究了熔结时间等工艺参数对熔结涂层的形成及Al Cr涂层对Ti 6Al 4V合金在600℃(873K)空气中循环氧化行为的影响。结果表明:合理控制熔结时间可控制互溶区的宽度,大大增强涂层与基体的结合强度和涂层的循环氧化抗力,在本试验条件下,使合金的抗循环氧化能力提高了近300倍。

电子束蒸发沉积Al-Cr合金涂层研究

研究了电子束蒸发镀沉积Al-Cr合金涂层的工艺 ,探讨了铬含量对涂层耐蚀性的影响 ,对涂层的物相、形貌以及热处理对涂层和基体之间热扩散的影响进行了分析 .结果表明 :涂层中铬含量与膜料中铬含量有较大差异 ;在温度为 2 83K ,30 g/LNaCl溶液中含 1 5 %Cr、2 5 %Cr、5 %Cr的Al-Cr合金涂层的自腐蚀电位均比普通钢基材的电位负 ,因此它们作为阳极性涂层对普通钢基材能起到较好的电化学保护 ;涂层为晶态组织 ,其物相为Al和少量的Cr9Al17,随膜料中Cr含量的增加 ,其生成的Cr9Al17的量也随之增多 ;在真空蒸镀时涂层沉积有方向性 ;对涂层进行 6 0 0℃ ,1h热处理后 ,涂层与基体间元素产生了互扩散 .

快凝Al-Cr合金的显微结构与形核动力学

用连续冷却的方法对Al (1～ 5 )Cr(质量分数 )快凝合金的形核动力学及显微结构进行了计算与研究 ,得出了在不同成分、不同冷却速度下的形核孕育期与冷却速度之间的关系 ,从而得出了凝固过程中的相选择规律 ,即某相的优先析出是由于其形核动力学条件较其他相更具优势所致 .具体到Al Cr合金 ,则随着溶质含量的提高 ,抑制金属间化合物相首先形核所需的临界冷速增大 ,也即完全过饱和单相α Al的组织只能在很大的冷速或极薄的条带中形成 ,且计算结果与实验检测吻合较好 .

Al-Cr涂层对TC21合金抗氧化和热腐蚀性能的影响

采用双辉等离子表面渗铬和后续多弧离子镀铝处理在TC21合金表面制备Al-Cr涂层;同时研究Al-Cr涂层在850℃下的高温氧化行为和850℃下25%NaCl+75%Na_2SO_4(质量分数)混合盐中的热腐蚀行为。结果表明:Al-Cr复合涂层包括表面富Al沉积层、中间Al-Cr扩散层和内侧Cr-Ti互扩散层。在850℃氧化100 h后,Al-Cr涂层表面生成致密Al_2O_3膜,对基体有很好的保护作用;中间Al-Cr扩散层中Cr元素的存在促进Al的选择性氧化,有利于涂层的后续氧化行为。在850℃混合熔盐中腐蚀100 h后,内部Cr-Ti扩散区仍保持完整,涂层表现出较好的热腐蚀抗力。

TC21合金表面Al-Cr涂层的制备及其高温抗氧化性

利用双辉等离子渗金属技术和多弧离子镀技术在TC21钛合金表面制备了Al-Cr复合涂层,并于750,850,950℃下进行了抗高温氧化性能研究。结果表明:Al-Cr涂层分为纯Al层、AlCr合金层、纯Cr层及扩散层,厚度约为48μm,涂层连续致密、无贯穿性裂纹,并且与基体结合紧密。氧化过程中,Al-Cr涂层表面能形成致密的Al2O3氧化层,阻止O元素向内扩散侵蚀基体,使涂层具有优异的抗高温氧化性能;Cr的存在既促进了Al的选择性氧化,同时又使得涂层的自修复能力得到增强。Al-Cr复合涂层显著提高了TC21合金的高温抗氧化性。

Ti60合金表面电弧离子镀Ti-Al-Cr(Si,Y)防护涂层的热腐蚀行为

采用电弧离子镀技术在Ti60合金表面制备了Ti-48%Al-12%Cr(0.2%Si,0.1%Y,原子分数)防护涂层.利用XRD,SEM和EDS研究了Ti60合金及Ti-Al-Cr(Si,Y)涂层在Na_2SO_4和75%Na_2SO_4+25%K_2SO_4(质量分数)中800及850℃下的热腐蚀行为.结果表明,Ti60合金基体在800和850℃的硫酸盐中发生了严重的腐蚀,腐蚀产物发生了明显剥落.涂层样品在800和850℃的硫酸盐腐蚀介质中,表面形成了保护性的氧化膜,可以有效地保护Ti60合金免受腐蚀破坏.Ti60合金及涂层样品在75%Na_2SO_4+25%K_2SO_4混合硫酸盐中的腐蚀比在纯K_2SO_4中剧烈.Si和Y元素的加入使得Ti-Al-Cr-Si和Ti-Al-Cr-Si-Y涂层在硫酸盐中抗热腐蚀性能优于Ti-Al-Cr涂层.

快速凝固Al-Cr-Zr-Fe合金的微观组织和性能

采用单辊旋淬法制备Al 4Cr 4Zr 2Fe(质量分数 ,% )合金薄带。利用透射电镜、X射线衍射、能谱分析技术研究了合金急冷态和退火态的显微组织 ,测定了合金的显微硬度。结果表明 :在快凝Al Cr Zr合金中添加铁元素可增加合金的室温和高温性能 ,快速凝固Al 4Cr 4Zr 2Fe合金所形成的过饱和固溶体α Al在 40 0℃左右形成Ll2 Al3Zr和Al4 (Cr ,Fe)相 ,产生明显的沉淀硬化效应 ,其中 ,Ll2 Al3Zr相为主要强化相。在Al 4Cr 4Zr 2Fe快凝组织中 ,发现一种方形Al Zr相 ,该相作为形核核心 ,位于等轴晶α Al中央。

快速凝固Al-Cr-Zr-Ti合金的显微组织

利用透射电镜和能谱分析研究了Al 4Cr 4Zr 2Ti(原子数分数 )合金急冷态和各种退火态的显微组织。急冷态为完全过饱和固溶体 ;35 0℃× 4h处理后 ,晶界出现连续析出相 ;45 0℃× 4h处理后 ,组织出现二种析出相 :晶界析出球状亚稳相Ll2 Al3(Zr,Ti) ,晶内析出针形稳定相Al13(Cr,Ti) ;5 5 0℃× 4h处理后 ,亚稳相Ll2 Al3(Zr,Ti)转变为稳定相DO2 3 Al3(Zr,Ti)。

二甲醚水蒸气重整制氢Cu-Zn-Al-Cr/ZSM-5双功能催化剂研究

用共沉淀耦合机械混合法制备Cu-Zn-Al-Cr/ZSM-5双功能催化剂,与Cu-Zn-Al/ZSM-5催化剂进行对比研究,并考察其在二甲醚水蒸气重整制氢反应中的催化性能,研究ZSM-5在二甲醚水解反应以及铜基催化剂Cu-Zn-Al-Cr在甲醇水蒸气重整制氢反应中的活性,同时采用热重、X射线衍射、H2程序升温还原等手段对催化剂的焙烧温度、物相结构、还原性能等进行分析。结果表明,Cu-Zn-Al-Cr/ZSM-5双功能催化剂的性能明显优于Cu-Zn-Al/ZSM-5催化剂,同时Cu-Zn-Al-Cr/ZSM-5双功能催化剂在二甲醚水蒸气重整制氢反应中有较好的低温活性和CO选择性,当反应温度为280℃,水醚比为7∶1时,二甲醚转化完全,氢气收率达到85.7%,反应温度低于240℃时,无CO生成;同时催化剂之间的耦合作用使Cu-Zn-Al-Cr/ZSM-5催化剂在较高温度下具有较好的活性和稳定性。

Ti60合金电弧离子镀Ti-Al-Cr防护涂层的抗循环热冲击性能

利用电弧离子镀技术在Ti60合金表面制备了Ti-48Al-5Cr和Ti-48Al-12Cr(原子分数,%)两种涂层.研究了Ti60及涂层样品在高温(900℃和950℃)和室温(强制水冷)之间的抗循环热冲击能力.分析了热冲击过程中样品的质量变化、相组成、表面及截面形貌的显微照片.结果显示Ti-48Al-12Cr涂层具有较好的抗循环热冲击性能,能有效地保护Ti60基体.而Ti-48Al-5Cr涂层不能有效地保护基体,这是因为Cr元素含量不同导致氧化机制的差异.热冲击实验加速了氧化物的剥落和破坏,因此加速了内氧化的发生和裂纹的萌生、扩展.

快速凝固Al-Cr-Zr-Nb合金的显微组织及析出过程

利用透射电镜 (TEM )、能谱分析 (EDS)和X射线衍射 (XRD)技术研究了快速凝固Al-Cr -Zr -Nb合金的显微组织及析出过程。结果表明 :在快速凝固条件下 ,形成等轴晶和胞状晶结构 ,Zr、Cr、Nb元素固溶在过饱和Al基固溶体中。而在随后的 35 0℃× 2h退火处理后 ,有少量Al13Cr2 相和亚稳超点阵Ll2 -Al3Zr相析出 ;经 5 0 0℃×2h退火处理后 ,亚稳Ll2 -Al3Zr相转变为稳定相DO2 3 -Al3Zr,并有大量Al13Cr2 相析出。

机械镀Zn-Cr及Zn-Al-Cr合金工艺及耐蚀性

为了获得性能良好的含铬的锌合金镀层,在机械镀锌和机械镀Zn-Al合金工艺的基础上,通过调整活化剂和促进剂的种类及用量,开发了机械镀Zn-Cr及Zn-Al-Cr合金工艺。利用该工艺在钢基表面获得了Zn-Cr及Zn-Al-Cr合金镀层。对这些镀层进行了5%NaCl溶液喷雾腐蚀试验,并与机械镀锌层进行了对比。结果表明,Zn-Cr及Zn-Al-Cr合金镀层的耐蚀性能皆好于机械镀锌层。

载荷对纳米晶基Fe-Al-Cr合金摩擦磨损性能的影响

利用M-2000型摩擦磨损实验机研究了载荷对铝热法制备的纳米晶基Fe-Al-Cr合金摩擦磨损性能的影响;利用扫描电镜分析了磨损表面。结果表明:随载荷的增大,摩擦系数总体呈减小趋势,而磨损率则先降低后增加,二者均在140 N时达到最小值。纳米晶基Fe-Al-Cr合金在低载荷时以磨粒磨损和剥层磨损为主,载荷较大时转变为磨粒磨损和黏着磨损。纳米晶基Fe-Al-Cr合金在载荷140 N时,致密的第三体可稳定存在,表现出良好的减摩耐磨性。

固液混合铸造Al-Cr合金的耐蚀性能研究

采用固液混合铸造新技术制备了Al-10Cr合金,通过对固液混合铸造Al-10Cr合金的阳极极化曲线测定,考察了其腐蚀性能。结果表明,当加粉量为40%、粉末粒度为74～175μm时可获得均匀的细晶组织,且耐腐蚀性能优于不加粉半固态铸造Al-10Cr合金。

急冷Al-Cr合金低温氧化制备自修复α-Al_2O_3薄膜

为了在750℃下制备自修复α-Al2O3薄膜,对Cr质量分数为8%和18%的急冷Al-Cr合金在大气气氛中670～720℃下进行氧化,并采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和能谱分析(EDS)对氧化膜进行分析.结果表明,Cr质量分数为8%的急冷Al-Cr合金主要由Cr固溶于Al的单相组织构成,质量分数为18%的急冷Al-Cr合金则为Al上分布Al45Cr7的双相组织.急冷Al-Cr合金可以在720℃的低温下通过氧化制备出薄且致密的α-Al2O3膜,合金的基体组织对氧化结果无明显影响,但Cr质量分数较高时,α-Al2O3膜中固溶有少量的Cr.此外,XRD检测结果表明,试样的表面粗糙度有利于获得α-Al2O3.