FeCoNiCrCu高熵合金涂层对复合铸造Al/Mg双金属组织和性能的影响

目的研究不同厚度的FeCoNiCrCu高熵合金涂层对Al/Mg双金属组织和力学性能的影响。方法通过超音速火焰喷涂工艺在A356嵌体表面喷涂不同厚度的FeCoNiCrCu高熵合金涂层,采用消失模复合铸造工艺制备Al/Mg双金属,利用扫描电镜、EDS能谱及XRD衍射仪、维氏硬度测试仪和万能试验机对Al/Mg双金属界面微观组织和力学性能进行测试和分析。结果未喷涂高熵合金涂层的Al/Mg双金属界面由共晶层和金属间化合物层组成,断裂位置主要位于金属间化合物层,裂纹从Al_(3)Mg_(2)扩展至共晶层结束,具有典型的脆性断裂特征,剪切强度仅为30.37MPa。当高熵合金涂层厚度为5μm时,Al/Mg双金属形成了Al_(3)Mg_(2)+Mg_(2)Si/AlxFeCoNiCrCu+FeCoNiCrCu+Al-Mg-Co-Ni混合相/δ-Mg+Al_(12)Mg_(17)共晶组织的复杂界面,断裂发生在高熵合金层与δ-Mg+Al_(12)Mg_(17)共晶组织的交界处,断裂面产生了一定程度的塑性变形,剪切强度为48.46MPa,相对于无涂层的Al/Mg双金属提高了59.56%。当高熵合金涂层厚度为20μm时,铝侧生成了AlxFeCoNiCrCu高熵合金,镁侧则只生成了少量Mg-Ni-Cu混合相,断裂发生在高熵合金涂层与镁基体交界处,剪切强度为39.69 MPa。结论高熵合金涂层可以有效阻碍Al、Mg元素之间的扩散,从而显著抑制或完全阻止Al-Mg脆性金属间化合物的产生,大幅度降低界面层厚度。金属间化合物的减少和混合相对裂纹扩展的阻碍作用显著提高了Al/Mg双金属界面的剪切强度。

热处理对消失模铸造固-液复合Al/Mg双金属界面组织的影响

研究了不同热处理方式对消失模铸造固-液复合Al/Mg双金属界面组织的影响,探索适合Al/Mg双金属铸件的热处理新工艺。结果表明,均匀化退火+空冷的热处理方式会使Al/Mg双金属界面层产生裂纹缺陷,主要由于在较快的冷却速度下,基体和界面金属间化合物的膨胀系数不同,界面处应力较大,易开裂;而均匀化退火+炉冷的方式下Al/Mg双金属界面层未产生裂纹缺陷,且在Al基体和Al_(3)Mg_(2)+Mg_(2)Si反应层间产生了一个由Al(Mg)固溶体+Mg_(2)Si组成的新扩散层。随着均匀化退火时间的增加,新的扩散层厚度不断增加,界面处Al_(12)Mg_(17)+δ-Mg共晶反应层的δ-Mg晶粒尺寸逐渐增大,镁基体中的Al_(12)Mg_(17)相不断固溶到初生相中。多级均匀化退火+时效处理相比于单级均匀化退火更能使界面层的组织和成分均匀,并促使镁基体中的Al_(12)Mg_(17)相呈细小层片状析出。

浇注温度和Ni涂层对消失模铸造Al/Mg双金属界面组织的影响

采用等离子喷涂工艺在A356铝合金表面制备Ni涂层,并使用消失模铸造固-液复合Al/Mg双金属,通过扫描电镜、能谱仪等手段,研究不同浇注温度和Ni涂层对消失模铸造Al/Mg双金属组织的影响。结果表明,在相同工艺条件下,含Ni涂层的Al/Mg双金属界面厚度比不含Ni涂层的显著变薄,界面相组成也发生改变。浇注温度对含Ni涂层Al/Mg双金属的界面组织与成分也有影响,界面层厚度随浇注温度升高而增加,当浇注温度为730℃时能够获得较优良的界面组织。

振动频率对消失模铸造Al/Mg复合材料界面组织和力学性能的影响

采用机械振动强化Al/Mg双金属复合材料的结合界面,研究了振动频率对消失模固-液复合铸造Al/Mg双金属复合材料的界面组织和力学性能的影响。结果表明,振动频率对Al/Mg双金属复合材料的界面组织和力学性能有显著影响。随着振动频率增加,Al/Mg双金属复合材料界面金属间化合物(IMCs)层厚度减小,导致Al_(3)Mg_(2)和Al_(12)Mg_(17)脆性相减少,并且界面Mg_(2)Si相细化,分布由团聚变为分散。当振动频率为50 Hz时,Al/Mg双金属结合界面的平均剪切性能最大,达到46.83 MPa,相比未振动的Al/Mg双金属复合材料性能提升47.13%。

Al/Mg复合板材挤压剪切成形的数值模拟及试验研究

通过挤压与连续剪切相结合来制备Al/Mg复合板材,结合Deform-3D软件对Al/Mg双金属复合板材挤压-剪切成形过程中网格变化、等效应力、载荷等进行了数值模拟分析;对Al/Mg复合板材的界面结合层的显微形貌、物相组成、剪切强度以及显微硬度进行了检测与分析。结果表明,随着温度升高,挤压剪切区的等效应力逐渐减小,分别为65.0、51.3、38.0 MPa;行程-载荷随挤压温度的增加而降低;当挤压温度为410℃时,复合板材界面为冶金结合,无明显缺陷,界面结合层的硬度(HV)约为150.1,剪切强度为10 MPa,双金属复合板材结合层结合良好。