脉冲激光沉积Al/Ag掺杂功能梯度薄膜

为了寻找制备梯度金属薄膜的新方法和新工艺 ,采用脉冲准分子激光扫描沉积技术 ,在Si(10 0 )单晶衬底上沉积了Al/Ag掺杂功能梯度薄膜 ,并采用SEM和XPS对制备的薄膜进行了微观分析。分析结果表明 ,运用合适的激光参数和辅助放电 ,在沉积温度 30 0℃时 ,制备出了Al/Ag组分比近似为 5∶1的掺杂梯度薄膜。该实验方法说明 ,利用脉冲激光与金属掺杂靶相互作用沉积梯度金属薄膜是可行的。

应用于FED Al/Ag/Al导电复合薄膜的研究

利用Ag的高温抗氧化能力,采用磁控溅射沉积Al/Ag/Al导电复合薄膜,并在480℃下进行热处理。扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析(EDS)研究表明磁控溅射的Al/Ag/Al导电复合薄膜表面平整,热处理后表面Al膜生成致密的氧化层。溅射沉积和热处理过程中Ag和Al原子的相互扩散,最后形成富Ag的Ag-Al合金和Ag3Al化合物。Al/Ag/Al导电复合薄膜比Ag/Al复合薄膜的电阻率增大了一个数量级,导电复合薄膜热处理后导电性能更优,电阻率约为19.4×10-6Ω.cm。

Al/Ag/Al复合薄膜电极的抗氧化性和电性能研究

为开发大尺寸场发射显示器需要的能承受高温热处理的薄膜电极,以Al作为Ag层的保护层和与玻璃衬底的粘附层,采用直流磁控溅射制备了Al/Ag/Al复合薄膜及其电极。采用XRD、AFM、光学显微镜和电性能测试系统,研究不同温度热处理对复合薄膜和电极结构、表面形貌和电性能的影响。由于表面致密的Al2O3膜的保护,使得加热退火(<600°C)不会对Al/Ag/Al薄膜和电极造成明显的氧化,然而Al层与Ag层发生的界面扩散和固相反应增大了电极的电阻率(从5.0×10-8Ω.m上升至23.6×10-8Ω.m)。另外热处理温度足够高时(500°C、600°C),Ag原子向表面的扩散一定程度上降低了电极的化学稳定性。尽管如此,与Cr/Cu/Cr薄膜电极相比Al/Ag/Al薄膜电极仍然是一种能够承受高温热处理并且保持较低电阻率的新型电极。

T6态热挤压Al-5Cu-0.8Mg-0.15Zr-0.2Sc-0.5Ag合金的低周疲劳行为

为了揭示经过T6处理的热挤压Al-5Cu-0.8Mg-0.15Zr-0.2Sc-0.5Ag合金在不同温度下的低周疲劳变形与断裂行为,对T6态热挤压合金进行了室温和200℃条件下的低周疲劳实验。结果表明:在室温和200℃下合金塑性应变幅与载荷反向周次之间服从Coffin-Manson公式,而弹性应变幅与载荷反向周次之间服从Basquin公式;合金在室温和200℃下低周疲劳变形时,在较低外加总应变幅下疲劳变形机制主要为平面滑移,而在较高外加总应变幅下疲劳变形机制主要为波状滑移;室温和200℃下合金的疲劳裂纹均萌生于疲劳试样表面并以穿晶方式扩展。

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。

Mg、Si含量对Al-Cu-Mg-Ag-Si合金析出相的影响

研究了Mg、Si元素含量对Al-Cu-Mg-Ag-Si合金实际析出相种类及性能的影响。结果表明,Al-Cu-Mg-Ag-Si合金中高Mg含Si合金析出了大量S相和粗大的第二相;低Mg低Si合金中析出了常见的θ相和Ω相;低Mg含Si合金中出现了6系铝合金中常见的σ相和β″相等多种析出相,且具有非常细小弥散的θ相,为合金提供了良好的强化效果。Si和Mg的存在均极大地改变了合金的析出序列,无法通过增加Mg含量抵消Si的作用。Si的加入显著抑制了Ω相的析出,而大幅增加Mg含量则会促进S相的析出。

预变形对Al-Cu-Li-(Mg-Ag)合金时效析出行为的影响

通过采用维氏硬度测试、透射电子显微镜(TEM)、差示扫描量热法(DSC)等手段研究了预变形对Al-Cu-Li及Al-Cu-Li-Mg-Ag两种合金时效析出行为的影响。结果表明:在Al-Cu-Li合金中,峰时效后θ'相的析出占据主导,并且通过预变形引入位错有利于Al-Cu-Li合金时效后θ'相的析出,而对T1相几乎没有促进作用;添加微量Mg、Ag元素后,Al-Cu-Li-(Mg-Ag)合金峰时效后的析出相转变为T1相并占据主导,θ'相较少;Al-Cu-Li-(Mg-Ag)合金经预变形时效后T1相和θ'相的数量密度均有所增加,即预变形同时促进了T1相和θ'相的析出;在Ɛ=0~3%预变形范围内,T1相的数量密度随着预变形量的增加而增大,并且T1相的尺寸也变得更加细小和均匀,进而使合金获得更优异的性能。

铬含量对Al-Cu-Mg-Ag合金微观组织和热暴露性能的影响

研究了Cr含量对Al-Cu-Mg-Ag合金微观组织和热暴露性能的影响。结果表明,随着Cr含量增加,合金室温强度呈先上升后下降的变化趋势,含0.2%Cr的合金表现出优异的室温力学性能。透射定量计算结果表明,向合金中添加0.2%Cr,促进了热暴露后合金中Ω相的析出,提高了Ω相的抗粗化性能。Cr添加量超过0.3%后,合金晶界处析出(Al,Cr,Mn,Ti)富集相,导致晶粒粗大。

Cr对Al-Cu-Mg-Ag合金动态再结晶行为和力学性能的影响

借助光学显微镜(OM),X射线衍射仪(XRD),场发射扫描电镜(SEM-EDS)和透射电镜(TEM)研究Cr对Al-CuMg-Ag合金铸态组织和双级均匀化后弥散相分布、尺寸和数量密度的影响,并采用高通量等温压缩实验研究不同等效应变下Cr对Al-Cu-Mg-Ag合金动态再结晶行为的影响。结果表明:均匀化阶段除析出棒状T-Al_(20)Cu_(2)Mn_(3)弥散相外,还出现平均直径和数量密度分别为67.4 nm和4.7μm^(-2)的球状Al7(Cr, Mn)弥散相,Cr与Mn相反的平衡分配系数(K_(Mn)<1_(vs) K_(Cr)>1)将无弥散相析出面积分数从29.5%降至13.8%,棒状的T-Al_(20)Cu_(2)Mn_(3)弥散相平均长度从275.4 nm减小至147.3 nm,数量密度从3.5μm^(-2)增至10.4μm^(-2)。EBSD和拉伸实验结果表明,Al7(Cr, Mn)弥散相对位错运动阻碍作用减少热压缩过程中小角度晶界向大角度晶界的转变,抑制动态再结晶。Cr的添加提高Al-Cu-Mg-Ag合金不同温度下的力学性能,在25,250,300℃下Al_(7)(Cr,Mn)弥散相对合金屈服强度的贡献值分别为21.9,16.2 MPa和15.3 MPa。

Al-Cu-Mn-Fe-Ag-Zr合金的微观组织与室温和高温性能研究

Al-Cu合金具有低密度、耐热性好和潜在的高温稳定性等优点,广泛应用于汽车和航空航天等领域。为提高Al-Cu基铸造合金的耐热性能,本文制备了质量分数为Al-4%Cu-0.5%Mn-0.1%Fe-0.4%Ag-0.3%Zr(简称AC)的合金。采用OM和SEM分析了合金的微观形貌及化学成分,采用XRD分析了合金的物相结构,采用EBSD研究了晶粒形态与尺寸分布,采用TEM分析了合金在时效处理后的微观组织和析出相形态,采用高低温拉伸试验机进行了室温和高温力学性能测试。结果表明,AC合金在铸造过程中形成的金属间化合物主要包括Al_2Cu和Al_7Cu_2Fe,其中,Al_2Cu相在固溶处理后溶入基体中,并在时效处理后重新沉淀为θ′相,成为主要的强化相。此外,经T6热处理后,合金中还包含着T_(Mn)(Al_(20)Cu_2Mn_3)相,Ag元素固溶于铝基体中,而Zr元素则使得合金析出L1_2-Al_3Zr纳米相,其与θ′相存在位向关系。测试了合金在室温和高温(200、300和400℃)下的拉伸性能,对应屈服强度可分别达236、155、129和61 MPa。

Cu含量对Al-Cu-Mg-Ag合金力学性能和耐腐蚀性能的影响

Cu元素是Al-Cu-Mg-Ag合金的主要合金元素之一,对合金性能有重要影响。采用Cu元素质量分数分别为3.08%、3.39%、3.93%的3种Al-Cu-Mg-Ag合金,通过金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、常温拉伸力学性能测试和晶间腐蚀试验、电化学试验研究了Cu含量对合金的显微组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响。试验结果表明:随着Cu含量增加,铸态Al-Cu-Mg-Ag合金的晶粒尺寸逐渐减小,T8态处理的合金的屈服强度和抗拉强度提高,延伸率略有下降,合金中Ω相的数量增加;随着Cu含量增加,合金耐腐蚀性能先提升后下降,w(Cu)=3.39%的合金耐腐蚀性能相对较好。

Al-Cu-Mg-Ag轮毂锻件的热稳定性

以峰时效态的Al-Cu-Mg-Ag轮毂锻件为研究对象,研究锻件不同热暴露温度和热暴露时间的室温拉伸性能和高温拉伸性能,并对锻件在不同温度下的热稳定性进行对比和分析,结果表明:Al-Cu-Mg-Ag锻件具有良好的热稳定性,在150℃暴露1~100 h后,室温拉伸性能和高温拉伸性能无显著变化;在150~200℃短时间热暴露1 h不会降低综合性能,但随着热暴露温度的升高和热暴露时间的延长,Al-Cu-Mg-Ag锻件强度产生不同程度的下降;在200℃和250℃暴露100 h后,室温屈服强度分别剩余61.1%和37.2%,室温抗拉强度分别剩余77.8%和60.8%,高温屈服强度分别剩余61.6%和42.8%,高温抗拉强度分别剩余67.5%和47.6%;Al-Cu-Mg-Ag锻件的主要析出相为Ω相和θ′相,在Kt=1和R=0.1的实验条件下,200℃/10 h热暴露后的室温疲劳极限为278 MPa,相比热暴露前的疲劳极限311 MPa降低了10.6%。

Zr对Al-Si-Mg-Mn合金凝固过程、时效组织和性能的影响

通过模拟计算、组织观察以及力学性能测试,研究了不同Zr含量对铸造Al-Si-Mg-Mn合金凝固过程、时效组织及力学性能的影响。结果表明,随着Zr含量增加,合金凝固路径存在显著差异,晶粒由初期树枝晶逐步演变为等轴晶;175℃时效7 h条件下,Zr的加入显著提高合金硬度。Zr的加入促使析出相在更低时效温度析出,这可能是Zr细化了晶粒从而提高了扩散效率。峰值时效时合金主要析出相为β″相和Q′相。

预变形对Al-Cu-Mg-Ag合金时效组织及性能的影响

为分析预变形对Al-Cu-Mg-Ag合金时效过程中析出相的影响,本文利用Digital Micrograph软件对透射电子显微镜(TEM)观察的析出相直径尺寸及数量密度进行了定量统计,结果表明,20%预变形时效态合金析出相密度增加,直径减少。为探究不同预变形对时效态Al-Cu-Mg-Ag合金力学性能的影响,利用维氏硬度计测得四种变形量(0%、10%、20%、30%)预变形样品在185℃时效0~24h的硬度,结果表明,预变形提高了合金硬度,且当变形量为30%时合金峰值硬度最高(153HV)。为探究不同预变形对T6态Al-Cu-Mg-Ag合金耐蚀性能的影响,本文进行了循环极化曲线测试和晶间腐蚀实验,结果表明,Al-Cu-Mg-Ag合金存在最佳变形量预变形(20%)使得耐蚀性能最佳。

自然时效对Al-6.5Zn-2.3Mg-2.2Cu合金厚板组织性能的影响

商用7×××系铝合金产品人工时效前一般会经历自然时效,自然时效时间的长短直接决定产品的生产制备流程。本试验研究了工业化制备的Al-6.5Zn-2.3Mg-2.2Cu合金厚板在不同的自然时效阶段经人工时效处理后的组织及性能,并重点分析了短时自然时效(0.125~21 d)及长时自然时效(30~360 d)对合金不同时效状态的影响。研究结果表明:自然时效0.125~21 d,T6态合金的强度持续降低,抗拉和屈服强度的降幅分别为14 MPa和17 MPa,伸长率在13.6%~15.6%的范围内波动;基体析出相主要为GPII区和η′相,晶界析出相呈断续分布。自然时效3~360 d时,T6态合金的强度、伸长率和断裂韧性均在一定范围内波动,无明显的变化规律,基体析出相主要为η′相且分布密集,晶界析出相呈断续分布。自然时效3~105 d时,T76态合金的拉伸性能和断裂韧性同样在一定范围内波动,无明显的变化规律,基体析出相尺寸粗大、分布分散,主要为η′相和η相,晶界析出相同样呈断续分布。

时效温度和Ag对Al-Zn-Mg合金力学性能与微观结构的影响

本文研究了在不同时效温度条件下Ag对Al-Zn-Mg铝合金力学性能与微观结构的影响。结果表明,随着时效温度的提升,Ag对合金硬度的影响增大,合金晶界无析出带宽度明显减小。时效温度为120℃时,含Ag和不含Ag的Al-Zn-Mg铝合金均以η系列相析出为主,但含Ag合金的晶内析出相分布更为细小弥散,尺寸减小的同时径厚比增大。当时效温度升高至160℃和180℃,Ag对合金峰值硬度的提升作用显著增加。此时,Al-Zn-Mg合金主要强化相由η系列相转变为T系列相,同时尺寸明显增大,而含Ag合金中主要强化相类型与120℃时相同,仍然为η系列相,且尺寸并未明显增大。

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。

Si对Al-Er合金时效行为及析出相微观结构的影响

通过显微硬度计、电导率测量仪和透射电镜等研究了添加不同含量的Si对Al-Er合金在不同温度下的时效行为及析出相微观结构的影响。结果表明:Si含量在0.15%和0.25%时,合金时效过程中无明显时效强化现象,Si含量为0.50%时合金时效强化效果最佳,275℃等温时效72 h时达到硬度峰值(约为40.3 HV0.1),随后迅速下降出现过时效。在时效过程中,从Al-0.04Er-0.50Si合金基体中脱溶出的溶质原子最多,形成更多析出相,提高了合金的硬度,电导率增幅达4.0%IACS。Al-0.04Er-0.50Si合金经过等温时效处理后析出相数密度大大提高,并且析出相结构不再是Al-Er合金中L1_(2)结构的Al_(3)Er相而是转变为PuAl_(3)(HT)型结构的ErAl_(2.8)Si_(0.2)(τ1)相。

应力时效影响Al-10Zn-3Mg-3Cu合金带外纵筋筒形件组织性能研究

目的研究应力时效条件下Al-10Zn-3Mg-3Cu合金带外纵筋筒形件筋部试样的应力松弛行为,探明基体应力松弛机制以及强韧性协同提升机理。方法针对淬火态筋部试样,设计不同的初始应力值进行应力时效实验,然后采用数据分析与微观组织形貌表征方法研究试样组织性能。结果当施加的初始应力为250MPa时,筋部试样的应力松弛程度可达85.8%,同时,试样抗拉强度为736.40 MPa,屈服强度为697.53 MPa,延伸率为10.96%。结论在250MPa应力时效条件下,应力松弛机制主要为晶界Coble蠕变和位错运动,位错运动促进了亚晶的增殖,Coble蠕变使基体晶粒长大,这些行为促使试样应力耗散。同时,应力时效改变了析出相形态,发展了具有孪生界面的复合析出相。经分子动力学计算可知,该特征微结构有利于基体强韧性的协同提升。

0.2%Er对Al-6.5%Cu合金组织及性能的影响

稀土微合金化是提升铝合金性能的重要手段之一,为了研究稀土元素Er对合金的具体作用,采用扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、电子背散射衍射(EBSD)、透射电镜(TEM)和硬度等测试手段,研究了0.2%Er对Al-6.5%Cu合金性能的优化及其机理。结果显示,Er元素的引入降低了原有的晶粒择优取向现象,合金中织构的强度明显降低,有助于提高合金的塑性和韧性。同时Er元素促使晶粒细化,晶粒尺寸由60.10μm降低至23.8μm。在TEM测试中观察到棱柱状的Al 3Er粒子对位错具有阻碍作用,也观察到合金基体中出现均匀分布的细小弥散相,它可以促进时效过程中强化相的析出。添加Er元素后,不同状态的合金硬度也都有所提高。