累积叠轧焊Al/Mg/Al多层复合材料的腐蚀行为

研究累积叠轧焊(ARB)Al1050/AZ31/Al1050多层复合材料的腐蚀行为,腐蚀介质为3.5%Na Cl(质量分数)溶液,分析测试手段包括动电位极化测试(PDP)、电化学阻抗谱(EIS)、扫描电子显微镜(SEM-EDS)、拉曼光谱和X射线衍射(XRD)等。为了深入研究Al1050/AZ31/Al1050多层复合材料的耐腐蚀性和腐蚀产物,对ARB制备的Al1050/Al1050/Al1050多层复合材料进行了相似的测试作为对比。动电位极化曲线和电化学阻抗谱显示,ARB应变水平会显著影响腐蚀速率。与Al1050/Al1050/Al1050样品相比,Al1050/AZ31/Al1050多层复合材料具有更高的腐蚀速率和更低的极化电阻。AZ31层对腐蚀过程起主导作用。拉曼和XRD分析结果表明主要腐蚀产物为Mg(OH)2,且不含任何氯化合物(如(Mg(OH)_(2))·MgCl_(2))。

不同铝合金对Al/Mg/Al层状复合材料腐蚀行为的影响

将镁合金与铝合金经过热轧制成Al/Mg/Al层状复合材料,结合析氢试验、电化学试验和电偶试验,对1060/AZ31/1060、5052/AZ31/5052和6061/AZ31/6061在3.5%(质量分数)NaCl溶液中腐蚀行为进行研究,通过分析其腐蚀形貌、腐蚀产物、析氢速率、动电位极化曲线和交流阻抗谱,探究Al/Mg/Al层状复合材料的腐蚀机理。结果表明:Al/Mg/Al层状复合材料的表面腐蚀行为与铝合金的腐蚀行为相似,其相对于原始镁合金的腐蚀电流密度降低了两个数量级;Al/Mg/Al层状复合材料截面腐蚀产物呈颗粒状密集分布在镁一侧,腐蚀行为主要受电偶效应的影响,镁-铝电偶对电偶电流可达10^(-3)A·cm^(-2)数量级;对应的三种镁-铝电偶对电偶电流密度和电偶电位与混合电位理论拟合值相差不大;三种Al/Mg/Al层状复合材料中5052/AZ31/5052的整体耐蚀性最好。

超声施振方式对消失模铸造Al/Mg双金属复合材料界面组织和力学性能的影响

研究了连续超声振动和间歇超声振动两种施振方式对消失模铸造Al/Mg双金属材料界面组织和力学性能的影响。结果表明,未施加超声振动Al/Mg双金属界面由Al-Mg金属间化合物区和共晶组织区组成,两个区域边界存在一层氧化膜,阻碍了元素扩散,Mg_(2)Si相呈网状,团聚分布于金属间化合物区。两种超声施振方式均能通过超声空化效应和声流效应破碎和消除氧化膜,并使Mg_(2)Si相细化和分散于整个界面,部分共晶组织转变为金属间化合物,提高了界面组织和显微硬度分布均匀性。连续超声振动作用下Al/Mg双金属界面剪切强度达到53.9 MPa,相比未超声处理提升63.8%。间歇超声振动作用下,界面厚度较连续超声振动减小,然而局部区域存在孔洞缺陷和Mg_(2)Si相局部聚集,削弱了对界面的强化效果,但界面剪切强度仍达到49.5 MPa。

铸造Mg/Al复合材料工艺参数和复合界面的研究进展

Mg/Al复合材料在汽车、航空航天和电子设备等领域广泛应用。相对于制备复合板的轧制工艺,铸造能够用于制备复杂的复合材料构件,并具有成本低和生产效率高等优点。然而,铸造Mg/Al复合材料存在微观组织难以控制和界面结合强度较低等问题,限制了材料性能。影响复合材料性能的因素包括铸造工艺、界面处理和扩散层组织等。目前,主要通过控制晶粒尺寸、界面强化和界面反应等方式来强化复合材料。本文综述了铸造法制备Mg/Al复合材料过程中的工艺参数对复合界面的影响,包括扩散层厚度、晶粒尺寸等,最后对此方向提出自己的见解。

GFRP/Al叠层材料钻削力与制孔质量的实验研究

复合材料与金属组成的叠层结构已在航空航天领域广泛使用,然而在复合材料/金属叠层结构上钻削高质量的孔仍是一个挑战。本文旨在研究钻削工艺参数对GFRP/Al叠层材料钻削轴向力和制孔表面质量的影响。使用普通硬质合金麻花钻对GFRP/Al叠层材料进行“一次性”钻孔,并通过Kistler测力仪测量钻削轴向力。结果表明,最大钻削轴向力随每转进给量增加几乎线性增加,随主轴转速增加小幅降低。钻削工艺参数影响铝合金和GFRP制孔表面质量,高每转进给量会降低铝合金制孔出口毛刺,但是会增加GFRP制孔出口损伤;高主轴转速会增加铝合金制孔出口毛刺和GFRP制孔出口损伤。与每转进给量相比,主轴转速对铝合金和GFRP制孔质量影响更大。

热压制备Ni/Al微叠层复合板的协调变形行为和气压胀形成形性

为了制造NiAl合金复杂薄壁构件,采用真空热压法制备一种新型Ni/Al微叠层复合板(NAMCS)。基于不同温度的单向拉伸试验,研究Ni/Al微叠层复合板的力学性能。为了阐明Ni/Al微叠层复合板的单向拉伸协调变形机制,通过扫描电子显微镜对不同拉伸应变下的变形组织进行表征。结果表明,在5%应变、室温和300℃条件下,NiAl_(3)层和Ni_(2)Al_(3)层中形成了一些裂纹。在600℃和20%应变条件下,在NiAl3层观察到一些微孔。样品在78.7%的拉伸应变断裂时,Ni_(2)Al_(3)层也未出现裂纹,表现出良好的协调变形能力。Ni/Al微叠层复合板的高温自由气压胀形试验表明,600℃时其极限胀形比(极限胀形高度与凹模直径之比)达到33.3%,表现出良好的成形性。

衬板叠轧Mg/Al复合板基体组织演变优化强塑性机制

Mg/Al复合板兼并了镁合金的轻质性及铝合金的可塑性、耐腐蚀等性能,显著增强了其综合性能,但制造周期长、工艺要求高等不足制约了异质复合板成形技术的快速发展。为此,本文提出一种衬板辅助叠轧成形新方法。研究结果表明:3ARB时Mg/Al复合板抗拉强度可达235 MPa,伸长率为14.7%,镁板中出现明显的韧窝,呈韧性断裂特征,综合性能为最佳。由于此时Mg板基面滑移与非基面滑移同时开动,促进了动态再结晶的生成,此时Mg板再结晶比例为77.21%。随着累积叠轧的进行,大角度晶界增加和晶粒细化明显,原始晶粒已经基本破碎细化成等轴晶,Mg、Al基体硬度波动逐渐减小,复合板内部结构逐渐趋于稳定。本研究可为高性能异质复合板成形制造提供了一种新思路。

SUS441不锈钢/Al金属间化合物微叠层复合板的界面结构与力学性能

采用“表面预处理—交替层叠—热轧复合—热处理”的工艺流程制备了SUS441不锈钢/Al金属间化合物微叠层复合板。利用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜等检测与表征方法研究了热处理温度对复合板界面形貌、微观组织、物相组成、维氏硬度、拉伸性能的影响。结果表明:复合板界面结合良好;热处理后,固–液反应界面氧化严重,易导致界面分层而开裂;固–固、固–半固、固–液热处理后,金属间化合物层由均匀层和两相层组成,均匀层的物相组成为Fe_(2)A_(15),两相层的物相组成为Fe_(4)Al_(13)和Al_(13)Cr_(2),且两相层具有韧性特征,固–半固反应所得到的复合板的综合力学性能最佳。

Mg2Si/Al复合材料的组织和力学性能研究

采用半固态挤压法制备了原位自生的Mg2Si颗粒增强铝基复合材料,研究了它们的组织,同时研究了挤压比压对力学性能的影响。结果表明,当其它制备条件相同时,在255、340和425 MPa条件下制备的半固态挤压Mg2Si/Al复合材料中的α-Al基体和Mg2Si增强相皆出现球化,但与重力铸造复合材料相比,Mg2Si增强相的颗粒尺寸没有明显变化。拉伸测试结果表明,在255 MPa、340 MPa和425 MPa条件下获得的半固态挤压Mg2Si/Al复合材料具有优于重力铸造复合材料的力学性能,其抗拉强度和伸长率分别提高71.88%、53.13%、43.75%和378%、139%、106%。在255 MPa挤压比压下制备的复合材料表现出最优的抗拉强度及伸长率。

高周期累积叠轧法制备Mg/Al多层复合材料

采用累积叠轧法(ARB)对Mg/Al多层板材进行高周期ARB变形,利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)研究了Mg/Al多层板材在ARB变形过程中的微观组织,并在拉伸试验机上测试板材的室温抗拉强度并通过扫描电子显微镜(SEM)观察拉伸试验后的断口形貌。结果表明,随着叠轧周期数的增加,Mg/Al多层复合材料层界面处生成并长大的金属间化合物明显细化,该化合物会逐渐呈连续多层状分布,同时也提高了层界面的结合程度。不过,Mg/Al多层复合材料的抗拉强度在叠轧过程中却呈现出不规则的变化趋势。

Mg/Al复合材料制备工艺的研究与展望

Mg/Al复合材料属于异种轻金属复合材料,制备工艺大致可分为固-固相复合、固-液相复合和液-液相复合,材料的关键在于复合界面的结合强度,复合界面以金属间化合物为主,优化方案应按照相应的复合机理实施。本文综述了Mg/Al复合材料的制备工艺,对复合机理进行解析,并提出相应的优化方案,总结近几年研究学者们的成果。最后提出制备Mg/Al复合材料的问题并提出相应的建议。

累积叠轧焊制备Al／AZ31多层复合材料及其强度

采用累积叠轧焊法制备了Al/AZ31多层复合材料,并通过扫描电镜、X射线能谱仪和显微硬度计对所制备的Al/AZ31多层复合材料进行了横截面形貌观察、能谱分析以及显微硬度测试。结果表明,经过三道次的累积叠轧焊之后可制备Al/AZ31多层复合材料。能谱分析表明,在Al层和AZ31层的界面处产生了扩散层,随着轧制道次的增加扩散层的厚度逐渐增加。显微硬度测试表明,随着轧制道次的增加,Al/AZ31多层复合材料的层组元的强度也随之增加,但Al层的强度较AZ31增加得快,并且形成的界面扩散层具有一定的硬度梯度。

Al/Mg层状复合材料动态压缩行为及影响因素

利用Hopkinson压杆实验装置对轧制复合制备的Al/Mg层状金属复合材料进行动态压缩试验,分析了动态压缩应力-应变响应特征以及不同轧制工艺对应力-应变关系的影响。结果表明,在约103s-1应变率时,Al/Mg层状金属复合材料应变率强化效应与动态热软化效应表现明显;随轧制压下率增大,材料流变应力降低;轧制温度对Al/Mg复合材料应力-应变曲线影响较大,流变应力变化规律不明显;轧后经300℃、1h退火后Al/Mg复合材料流变应力降低。镁合金断口形貌表现出解理裂纹等脆性断裂特征,伴有热软化效应产生的韧窝状撕裂棱;铝合金断口形貌主要表现为沿晶的脆性断裂并伴随晶间化合物的破断。

爆炸焊制备Al/Mg层状复合材料数值模拟

文中基于AUTODYN有限元仿真软件,建立爆炸焊2D有限元模型,利用SPH法和ALE法相结合模拟爆炸焊制备Al/Mg层状复合材料过程。模拟结果重现爆炸焊成形过程,起始平行放置的复板在爆轰波作用下被折弯,与基板高速碰撞,撞击过程出现射流现象,射流主要来自密度较低的镁板,撞击点的压力远远大于材料动态屈服应力,界面出现塑性变形带。起爆点处压力很低,这是爆炸焊边界效应产生的本质原因,沿着爆轰方向界面形貌由平直变为波形,模拟获得的界面形貌与试验结果一致,验证了模型的有效性,数值模拟是研究爆炸焊过程的重要手段。

Mg/Al多层复合板截面固体渗硼工艺研究

对比了两种工艺条件下的Mg/Al多层复合板截面固体渗硼试验。采用X射线衍射仪(XRD)和扫面电镜(SEM)分析了Mg/Al多层复合板渗硼后的物相组成和组织形貌,采用显微硬度计对渗层进行硬度测试,对基体和表面渗层进行电化学极化曲线测试。结果表明,渗硼10 h,工艺为630℃得到的渗层比600℃得到的渗层效果好,其渗层主要由MgAlBO_(4)、B_(2)O_(3)和AlB_(12)等物相组成,厚度约为20μm,渗硼后试样的耐蚀性和硬度均明显提高,渗层显微硬度值最高达到278 HV。

叠层穿刺结构Cf/Al复合材料的弯曲性能及失效分析

采用真空压力浸渗法制备纤维体积分数为47.5%的叠层穿刺结构Cf/Al复合材料,主要研究复合材料的显微组织以及弯曲性能,并进一步分析复合材料的弯曲失效机理。结果表明:复合材料的致密度为95.0%,经、纬向显微组织均存在少量微孔缺陷,且纬向显微组织的微孔缺陷较经向显微组织要多。叠层穿刺结构Cf/Al复合材料的弯曲强度和模量分别为327 MPa和114 GPa,内侧面受压处,基体出现团簇,经向纤维束由于屈曲变形程度大导致被压断,纬向纤维束发生相应地挤压变形,而在外侧面受拉处复合材料被拉伸破坏,造成基体开裂。

原位Mg_2Si/Al复合材料半固态组织的形成与演变

研究了P对原位Mg2Si/Al复合材料显微组织的影响,利用等温热处理的方法成功地得到了基体与增强体双相球化的半固态球状组织,探讨了球化机理。结果表明,P孕育变质后,铸态组织中Mg2Si增强相由粗大的枝晶转变为细小的块状,经过等温热处理后的半固态组织,增强相分布均匀、尺寸细小,均表现为规则的球形,而α-Al的形貌也变得较为圆整。此外,随着热处理保温时间的增加,Mg2Si尺寸没有明显的变化,相反,α-Al的尺寸却有明显的增加。

Mg/Al液固双金属复合材料的界面及相组成

针对单一镁合金耐蚀性差的问题，利用液固复合法制备了Mg／Al双金属复合材料，采用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）以及X射线衍射（XRD）对材料界面组织和相组成进行了分析。试验结果表明：当以AZ91D为浇注金属，浇注温度为660～680％时，炉冷、双金属AZ91D和Z1105可获得良好的冶金结合界面；合金界面共分为5个明显区域，镁合金基体侧为Mg基固溶体和Mg17Al12,铝合金基体侧为铝基固溶体和Al3Mg2，界面中间区域则为Al3Mg2和弥散析出的中间相Mg2Si。

离心铸造条件对Mg_2Si/Al梯度复合材料组织与性能的影响

采用离心铸造法制备了内外层特别是内层富含细小Mg2Si颗粒的铝基梯度复合材料。研究了模具离心转速和预热温度对Mg2Si/Al梯度复合材料内层显微组织和性能的影响。研究结果表明,随着模具离心转速的增大,铸件内层Mg2Si颗粒相分布趋于均匀,颗粒相体积分数、显微硬度和耐磨性能均有较大幅度提高。而模具预热温度对铸件内层颗粒相体积分数及性能影响较小。在模具离心转速为1560 r/min,预热温度为300℃的条件下,铸件内层性能达到最佳值,磨损率仅为相同干滑动摩擦磨损条件下HT200的1/30~1/40。

新型Al/Mg_2Si复合材料的制备与性能

通过热爆反应模式制备不同Al含量的Al/Mg2Si复合材料,用XRD研究产物物相组成,用SEM观察其微观组织形貌,并对复合材料的硬度和孔隙率进行了拟合分析。结果表明,随Al体积含量的增加,Al/Mg2Si复合材料的硬度呈线性降低,而孔隙率则呈对数关系降低。初生Al晶粒沿着Mg2Si的晶界析出长大。应用真空感应炉减少了Mg的挥发,缩短了试样的制备周期。