Sc对铸造Al-Li合金组织及力学性能的影响

铸造Al-Li合金可用于成型复杂薄壁构件,在航空航天、国防军工等领域具有广阔的应用前景。细化铸造Al-Li合金组织,提高合金强塑性对其实际应用具有重要意义。本文通过金属型铸造制备不同Sc含量的Al-2Li-2Cu-0.5Mg-xSc合金,分析了Sc含量对合金组织及力学性能的影响规律。结果表明,随着Sc含量逐渐增加,合金晶粒由树枝晶向近等轴晶转变,晶粒尺寸逐渐减小。δ'(Al_(3)Li)相倾向于以Al_(3)Sc相为形核核心,形成Al_(3)(Li, Sc)复合粒子,这些粒子在变形过程中不易被位错切过,减少了Al_(3)Li粒子引起的共面滑移。当添加0.3%Sc(质量分数)时,合金具有较好的综合力学性能,经过175℃/32 h的峰值时效处理后,屈服强度、抗拉强度和伸长率分别可以达到381.3 MPa、449.5 MPa和5.8%。

热暴露对Al-Cu-Li合金的组织及性能影响

Al-Cu-Li合金作为航空航天工业中一种前景广阔的结构材料,其热稳定性在实际应用中发挥着重要作用。本研究对T85态的Al-Cu-Li合金在一系列温度(100~300℃)下进行了500 h的暴露处理,并通过维氏硬度、电导率和拉伸测试对其性能进行了评估。结合扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)分析了不同热暴露温度下的微观结构演变。结果表明,热暴温度低于150℃时,合金具有良好的热稳定性,这与T1(Al_(2)CuLi)相的直径和数密度不断增加相关。当热暴露温度介于150~200℃时,T1相逐渐被粗大的θ’-Al_(2)Cu和S-Al_(2)CuMg取代;同时,断续的晶界析出物(GBPs)和宽的无析出区(PFZs)利于沿晶断裂,使合金呈现出沿晶-穿晶混合断裂,导致硬度和强度的降低和延伸率的增加。热暴露温度高于250℃时,T1相全部溶解,形成了粗大的T2(Al_(6)Cu(Li, Mg)_(3))和C相,从而导致合金的强度下降,但延伸率和电导率却表现出相反的趋势。

不同应力水平对2195-T34 Al-Li合金时效行为的影响机制研究

研究了不同应力水平下2195-T34 Al-Li合金的时效特性变化。当应力低于材料的高温屈服强度(YS)时,低应力时效(LSA)和无应力时效(SFA)试样的屈服强度和延伸率(EL)相近。当应力超过材料的高温屈服强度时,试样的极限拉伸强度(UTS)和伸长率显著下降,表明应力的增加降低了材料的抗破坏性。透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)的观察结果表明:应力对材料时效性能的影响归因于内部析出物特征和晶界富铜析出物的共同作用。应力的增加促使铜原子在晶界发生偏析形成富铜析出物,同时促进了晶界无沉淀区(PFZ)的形成,而富铜析出物是脆性相,可作为损伤的起始位置,容易导致裂纹萌生和发展,降低材料的延展性。

Li-Al LDH固态电解质及其Cs^(+)掺杂研究

固态电池因其所具有的高能量密度和高安全性而极具发展前景,而开发离子电导率高的固态电解质是固态电池发展的一大关键问题。通过水热法制备了一种锂铝水滑石材料(Li-Al LDH),并对其结构与形貌、热稳定性、电化学性能进行了表征。从XRD和SEM分析可以看出,Li-Al LDH在180℃条件下仍然保持稳定,EIS测试结果表明Li-Al LDH的离子电导率为8.25×10^(-5) S/cm。进一步对Li-Al LDH进行了Cs^(+)掺杂研究,结果表明,对Li-Al LDH成功实现了Cs+掺杂,且所制得的Li-Al LDH(Cs0.1)样品,其离子电导率约为5.2×10^(-4) S/cm,达到了现有氧化物固态电解质离子电导率水平。研究表明Cs+掺杂的Li-Al LDH作为锂电池固态电解质具有潜在的应用前景。

Al-Cu-Li合金热变形特性与位错密度模型构建

通过等温压缩试验,研究热轧态Al-Cu-Li合金在温度为390~480℃、应变速率为0.01~1s^(-1)下的流变行为。基于热压缩流动应力数据构建了峰值应力Arrhenius本构模型,其平均相对误差绝对值(AARE)为4.612%。基于该模型数据,采用K-M模型以及Taylor关系式建立了耦合温度、应变速率、峰值应力、峰值应变的位错密度模型。该模型AARE值为5.926%,具有较高精度,为准确描述Al-Cu-Li合金在热变形过程中的位错密度演变提供参考。

纳米TiC颗粒增强Al-Cu-Li基复合材料摩擦磨损性能的研究

采用中间合金法制备TiC颗粒增强Al-Cu-Li基复合材料,通过GCr15钢球与复合材料在室温下干摩擦滑动磨损实验,研究不同含量TiC与载荷对复合材料摩擦磨损性能的影响。试验结果表明:TiC颗粒细化了复合材料组织,同时也提高了热处理后复合材料的硬度及耐磨损性能,在TiC含量为0.3%时,复合材料表现出优异的耐磨损性能。通过观察磨损后表面形貌,低载荷下主要磨损类型为磨粒磨损和黏着磨损,随着载荷的提高,氧化磨损和循环力引起的疲劳剥落成为了主要磨损类型。随着TiC颗粒的加入,提高了复合材料的硬度,降低了动摩擦系数,黏着磨损得到了抑制,复合材料的耐磨损性能得到了提高。

时效时间对一种混晶组织Al-Li合金局部腐蚀行为的影响

采用晶间腐蚀浸泡、扫描电镜准原位观察和电化学实验,结合电子背散射衍射和透射电镜,研究了时效时间对一种混晶组织2A97Al-Li合金局部腐蚀行为的影响。结果表明:混晶组织中细晶区与粗晶区的面积分数分别为51%和49%,平均晶粒尺寸分别为8μm和47μm。随着时效时间的延长,合金的腐蚀电流密度减小,最大腐蚀深度减小,晶间腐蚀敏感性降低,晶内腐蚀倾向增加。欠时效状态下晶界与晶内的电位差最大,一直以沿晶腐蚀为主;峰时效状态下电位差次之,初期沿晶腐蚀与晶内腐蚀相当,后期以晶内腐蚀为主;过时效状态下电位差最小,一直以晶内腐蚀为主。不同时效状态下,局部腐蚀都优先在细晶区萌生,随后其在细晶区较粗晶区有更高的法向扩展速率,腐蚀深度更大。

Li-Al-B-H复合储氢材料的制备及储氢性能研究

硼氢化锂(LiBH_(4))的有效储氢密度可达13.6%(质量分数,下同),是一种具有潜在应用前景的储氢材料。但是,LiBH_(4)的热力学稳定性高,导致其吸放氢温度高,且其吸放氢动力学差,可逆条件苛刻,严重限制了其实际应用。针对这些问题,以普通Al粉(记为“Al”)和纳米Al粉(记为“nano-Al”)作为改性添加剂,采用机械球磨法制备了LiBH_(4)+0.5Al和LiBH_(4)+0.5nano-Al(物质的量之比)这2种Li-Al-B-H复合储氢材料,并通过X射线衍射(XRD)、吸放氢测试、热分析等手段研究了2种Al粉制备的Li-Al-B-H复合储氢材料的微结构和放氢性能。放氢性能研究表明,添加Al后,LiBH_(4)的放氢温度得到降低,且以纳米Al粉构建的Li-Al-B-H复合储氢材料具有比以普通Al粉构建的Li-Al-B-H复合储氢材料更优异的放氢性能和循环性能。放氢产物微结构研究表明,在放氢过程中,LiBH_(4)会与Al发生反应生成AlB_(2)和Li-Al-B相,这是LiBH_(4)吸放氢性能提高的关键。另外,由于纳米Al的颗粒尺寸小,比表面积大,反应界面更多,使得LiBH_(4)+0.5nano-Al放氢后生成的AlB_(2)和Li-Al-B相的量比LiBH_(4)+0.5Al更多,这是LiBH_(4)+0.5nano-Al放氢性能优于LiBH_(4)+0.5Al的原因。研究结果将为进一步理解Li-Al-B-H复合储氢材料的储氢性能和储氢机理提供参考。

Al-Zn-Mg-Cu-Li合金均匀化与固溶热处理工艺优化

本文研究了Al-7-4Zn-1-5Mg-1-7Cu-1-1Li(wt-%)合金在不同均匀化和固溶处理条件下的显微组织和力学性能。结果表明,该铝合金的铸态组织主要由α-Al基体、Li_(3)CuAl_(5)相和Mg_(32)(Al,Zn)_(49)相构成。为充分溶解第二相,提高过饱和固溶度,需要改善该含Li合金的热处理工艺。优化后的热处理工艺为510℃/24 h均匀化处理加510℃/1 h固溶处理。对比发现,使用优化后的热处理工艺可明显减少该合金中第二相颗粒的含量,且不发生过烧。相比传统均匀化和固溶热处理制度(460℃/24 h+475℃/1 h),采用新的均匀化和固溶工艺后,合金120℃时效峰值硬度提升了34-3 HV,提升幅度约22%。

预处理对喷射沉积Al-Cu-Li合金中Al_(3)Zr粒子析出及再结晶行为的影响

本文为探究如何调控喷射沉积Al-Cu-Li合金中Al_(3)Zr粒子的析出以及其析出机制,通过扫描电镜、透射电镜和电子背散射衍射研究了预处理对喷射沉积Al-Cu-Li合金中Al_(3)Zr粒子的析出行为及其对再结晶的影响。研究结果表明,喷射沉积Al-Cu-Li合金中Al_(3)Zr粒子存在分布不均匀,其粒子数量密度在Zr原子过饱和度高的晶内更高,在过饱和度低的晶界附近更低;晶界附近和晶内均存在局部无沉淀析出带,且晶界附近存在少量粒子线性团簇。在均匀化过程中Zr原子与位错攀移之间发生交互作用使得Al3Zr粒子析出。在均匀化前热变形预处理增加了基体中位错数量进而促进了Al_(3)Zr粒子析出,改善了粒子分布,抑制了局部无沉淀析出带。相比于(573 K/12 h)退火预处理和673 K下压缩10%预处理,673 K下压缩30%预处理试样中Al3Zr粒子密度更高,分布更均匀,尺寸更小。经过热压缩和固溶处理后,3种热压缩试样大角度晶界占比分别为30.3%、21.6%和17.3%。本研究将为喷射沉积Al-Cu-Li合金的研发提供依据。

Al-Cu-Li合金电子束填丝焊接头显微组织与力学性能

采用ER4043焊丝作为填充材料,对厚度为2 mm的Al-Cu-Li合金进行电子束填丝焊,分析测试接头的显微组织与力学性能。在电子束焊过程中,Al-Si焊丝的添加可明显改善焊缝成形和接头质量。微观分析显示,接头焊缝区沿熔合线分布细小的等轴晶,熔合区主要由α(Al)基体相及T_(1)(Al_(2)CuLi),θ′(Al_(2)Cu),T(AlLiSi),β′(Al_(3)Zr),δ′(Al_(3)Li)等强化相组成。焊接时添加电子束扫描可细化焊缝晶粒,有利于提高接头的力学性能。力学性能测试表明,与母材相比,接头熔合区的显微硬度有所降低;焊接时添加方形波电子束扫描,获得接头的抗拉强度为374.7 MPa,达到母材抗拉强度的74.7%。接头拉伸断口表面分布有许多尺寸较大的等轴韧窝,呈韧-脆混合型断裂特征。

Sc对Al－Li－Cu－Mg－Zr合金组织与性能的影响

研究了Ｓｃ对Ａｌ—Ｌｉ—Ｃｕ—Ｍｇ—Ｚｒ合金的显微组织与拉伸性能的影响。结果表明，δ′（Ａｌ３Ｌｉ）和Ｓ′（Ａｌ２ＣｕＭｇ）仍为含Ｓｃ合金中的主要强化相，Ｓｃ细化了合金的晶粒，降低了δ′颗粒的长大速度，促进Ｓ′相的析出和均匀弥散分布，还使合金析出Ａｌ３Ｓｃ颗粒和Ａｌ３Ｌｉ／Ａｌ３Ｓｃ复合析出相颗粒，这两种颗粒都有益于合金的性能。因此，加入Ｓｃ后合金表现出良好的强塑性配合。

Al—Li合金在EXCO溶液中腐蚀的电化学阻抗研究

研究了T6态峰时效AA2090及AA8090Al-Li合金在EXCO溶液中腐蚀的电化学阻抗特征。结果表明,剥蚀发生之前,AA8090合金电化学阻抗谱由一个压缩的高频容抗弧和一个低频感抗弧组成,且低频感抗成分随浸泡时间延长而减弱并消失;一旦发生剥蚀,其电化学阻抗谱即由一个高频和一个低频两个容抗弧组成。而AA2090合金在较短浸泡时间内由于较大面积蚀孔的产生,其电化学阻抗谱上即出现一个高频及一个低频两个容抗弧。发生剥蚀后,两种合金具有相同的电化学阻抗特征。

Al-Li合金时效初期的价键分析

运用固体经验电子理论(EET),对Al-Li合金时效初期的若干偏聚晶胞的价电子结构进行了计算。计算结果表明:不包含空位的偏聚晶胞的键络最强键为Al—Al键,其中Al原子的共价半径较Li原子的共价半径要大;而含空位的偏聚晶胞的最强键为Al—Li键,Al原子的共价半径要比Li原子的共价半径要小;在空位存在的情况下,由于Al原子与Li原子的电负性相差明显,促使Al和Li原子结合,倾向形成Al-Li短程序结构偏聚区,这种含空位的短程序结构很可能就是δ′(Al3Li)亚稳相的前兆结构和生长胚胎;由于Al-Li-空位有序偏聚晶胞的Al—Li键络比基体键络要强许多,因此,淬火过程中合金生成的Al-Li-空位偏聚晶胞对合金过饱和固溶体起主要强化作用;后续析出的δ′(Al3Li)亚稳相键络各项异性显著,键络强度明显提高;由于Al3Li与基体共格,其大量均匀弥散析出起到提升基体整体键络强度,同样对合金产生强化作用。

Al-Li合金的合金化及组织研究进展

综述了 Al-Li 合金的合金化及组织的研究进展,详细阐述了不同体系如 Al-Li-Cu、Al-Li-Mg 系合金的成分与微结构之关系,评述了 Al-Li 合金中微合金组元如 Zr、Ag、RE 等微合金化的发展趋势。

Zn对Al-Li-Cu-Mg-Zr合金时效过程的影响

Zn的存在加快了Al-Li-Cu-Mg-Zr合金的时效硬化速度,明显促进S’相的析出,降低δ’颗粒的长大速度.经过长时间时效后,含Zn合金中将析出含Zn的条状相;根据正电子湮没参数的变化研究了时效过程中Zn对合金的缺陷浓度及基体电子结构的影响.

脉冲电流对2091Al-Li合金超塑变形机理的影响

分析了脉冲电流对 ２０９１Ａｌ－Ｌｉ合金超塑变形中晶内位错滑移、晶界位错滑移及原子扩散的影响研究表明，脉冲电流促进位错滑移及增殖，降低原子扩散激活能，加速位错在晶界上的攀移，从而提高了超塑变形在高应变速率下的可能性．据此。

Mg、Ag、Zn多元复合微合金化Al-(3.2~3.8)Cu-(1.0~1.4)Li合金的显微组织和力学性能（英文）

为开发新型超高强铝锂合金,研究T8态时效处理的Mg、Ag、Zn复合微合金化Al-（3.2-3.8）Cu-（1.0-1.4）Li合金的显微组织及力学性能。结果表明,Li含量较低（1.0%）时,通过增加Cu含量来提高铝锂合金强度的作用有限,而同时增加Cu和Li含量则有利于其强度的明显提高。铝锂合金的主要强化相为大量细小弥散的T1（Al2CuLi）相;同时,合金中还析出少量θ＇（Al2Cu）相及δ（Al3Li）相,而且随时效过程的进行,其密度降低,甚至消失。Li含量较高时有利于δ＇相及θ＇相的形成,并可能导致形成少量S＇（Al2CuMg）相。另外,采用非固溶Cu、Li原子的总摩尔分数及其比例分析Cu、Li含量变化对合金强化效果及显微组织的影响。为获得超高强度的铝锂合金,一方面需提高Cu、Li原子的总摩尔分数,另一方面也应维持其较高比例。

Al-Cu-Li系铝锂合金的合金化与微合金化

综述了铝锂合金研发历程及成分设计的发展阶段,重点阐述了Al-Cu-Li系铝锂合金中主合金化元素Cu、Li含量对时效析出相类型、力学性能及耐腐蚀性能的影响规律及影响机理,详细论述了微合金化元素Zr、Mn、Mg、Ag、Zn、稀土和In等对Al-Cu-Li系铝锂合金力学性能、耐腐蚀性能及微观组织包括再结晶、时效析出相类型与分布密度的影响。结合笔者课题组研究结果,提出了高强铝锂合金及耐腐蚀铝锂合金两种类型铝锂合金的成分设计思路。

时效状态对Al-Cu-Li-Mg-Ag-Zr合金在3.0%NaCl溶液中局部腐蚀的影响

研究了T8态峰时效及T6态峰时效Al 4.0Cu 1.0Li 0 .4Mg 0 .4Ag 0 .14Zr合金在 3.0 %NaCl溶液中的局部腐蚀行为及其电化学阻抗特征。结果表明 :T8态峰时效处理时合金的电荷转移反应电阻大于T6态峰时效时的相应值 ;合金腐蚀初期 ,主要发生沿Cu或Fe含量较高的第二相粒子边缘的孔蚀 ,后期由于亚晶界边缘贫Cu无沉淀带的阳极溶解而出现连续亚晶界腐蚀 ;时效前的预变形减少了贫Cu无沉淀带的宽度 。