过滤对高杂质含量的Al-12%Si合金组织和性能的影响

采用过滤器对电热法生产Al-30%Si粗合金配制的Al-12%Si合金进行了过滤除杂,研究了过滤对其微观组织及力学性能的影响。结果表明:该合金经过滤后能除去大部分Fe、Ca等杂质,使Fe相呈现出小块状或多面体状,球化趋势明显,消除了细长线状的Ca相,合金的力学性能得到明显改善,其抗拉强度已经接近纯Al配制合金。

横向静磁场对激光熔化增材制造Al-12%Si合金凝固组织的影响

利用送粉式激光熔化3D打印工艺,研究了外加横向稳恒磁场对3D打印Al-12%Si合金构件凝固组织的影响。结果表明,在有/无横向稳恒磁场下,激光熔化单道薄壁试样的宏观凝固组织未发生明显改变,其主要以白亮带(以α-Al相为主)和灰暗区(以Al-Si共晶相为主)为基本单元叠加构成。而微观组织分析表明,无磁场时灰暗区内的初生α-Al相呈柱状枝晶形态,施加了0.35 T横向稳恒磁场后,试样灰暗区内的初生α-Al相全部转变为等轴枝晶形态,且枝晶臂发达。基于热电磁力及其Hartman无量纲数(用于表征稳恒磁场对金属熔体流动抑制作用的参数)估算分析表明,0.35 T稳恒磁场下,作用于初生α-Al枝晶上的热电磁力可达10~5N/m^3量级;Hartman数远大于10,表明激光熔化微小金属熔池中强烈的Marigoni以及热溶质对流一定程度上被抑制。分析认为,稳恒磁场下凝固组织灰暗区内α-Al相柱状枝晶向等轴枝晶的转变是固相中热电磁力(约10~5N/m^3)对枝晶的破碎作用导致,而等轴枝晶发达的枝晶臂则是横向稳恒磁场抑制熔体流动的结果。

脉冲激光熔化作用下3D打印Al-12%Si合金组织演变分析

通过送粉式激光熔化3D打印装置在6063铝合金作基板上打印粒径尺寸50～100μm的Al-12%Si合金粉末,研究有/无横向稳恒磁场下3D打印Al-12%Si合金组织演变规律。研究结果表明,激光熔化得到的沉积试样表现出明显层状堆积特征,组织中包含亮白色的α-Al相与Al-Si共晶相以及部分颜色较暗的α-Al相共同叠加组成,试样致密度达到94%。在磁场强度为0.5 T下,试样的底部区域形成了珠界面以及边缘生成了众多的等轴状α-Al相,磁场具有能够使柱状晶转变为等轴晶的作用且能够使α-Al相从柱状晶转变为等轴晶,并形成高次枝晶臂。

耐熔融Al-12.07%Si合金腐蚀有机硅树脂涂料防护层的制备及其性能

为了提高太阳能热发电系统20G钢换热管的使用寿命,制备了2种耐熔融Al-12.07%Si合金腐蚀有机硅树脂涂料防护层(T1,T2),对其力学性能及耐腐蚀性能进行了研究。结果表明:2种防腐蚀涂层的抗热震性能良好,与基体的粘结强度较高;2种涂层均具有较强的耐熔融Al-12.07%Si合金腐蚀的性能,较耐腐蚀的T2涂层使用寿命是20G钢的19倍。

Al-12.5%Si合金表面ZrO2溶胶改性PEO陶瓷层的形成机制

采用ZrO2溶胶改性的等离子体电解氧化(PEO)技术在Al-12.5%Si合金表面制备Al2O3-ZrO2陶瓷层,研究ZrO2溶胶对PEO陶瓷层形成机制的影响。采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FTIR)和激光粒度仪等研究了ZrO2溶胶的微观组织结构、粒径及荷电性以及陶瓷层的微观形貌、成分及物相。结果表明:荷负电的ZrO2溶胶粒径为50~60 nm,烧结后以四方相t-ZrO2存在,含有少量m-ZrO2。ZrO2溶胶改性的PEO涂层较未改性的涂层均匀、致密,并且生长速率提高。由于ZrO2溶胶吸附在基体表面形成凝胶层,凝胶层的高电阻使PEO初期更易产生火花放电,促进了Al2O3膜的形成。ZrO2溶胶改性的PEO涂层由Al2O3、c-ZrO2、t-ZrO2和少量的SiO2组成,而溶胶改性前SiO2的含量较高。ZrO2凝胶颗粒在等离子体放电产生的高温下进入放电通道,与电化学反应形成的Al2O3烧结形成Al2O3-ZrO2复合陶瓷层。

Al-Nb-B中间合金对Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金组织及性能的影响

采用原位生成法制备了Al-Nb-B中间合金,主要研究了Al-Nb-B中间合金的组织,以及Al-Nb-B中间合金对Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金的组织和室温拉伸性能的影响。结果表明,Al-Nb-B中间合金主要含有NbB2、Al3Nb两种颗粒。Al-Nb-B中间合金可以细化Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金中的α-Al晶粒,并减小二次枝晶间距,进而提高合金的室温拉伸性能。当Al-Nb-B中间合金添加量为2.5wt%时,α-Al晶粒平均尺寸为128.4μm,二次枝晶间距为11.67μm,相较于基体合金分别减小21.5%和32.3%。随着Al-Nb-B中间合金添加量的增加,Al-Si合金的抗拉强度呈逐渐上升的趋势,当Al-Nb-B中间合金添加量为2.5wt%时,Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金的抗拉强度为237 MPa,相较于基体合金增加10.7%。通过断口形貌分析可知,Al-Si合金断裂方式为脆性断裂,断裂机理为解理断裂。

电脉冲作用下Al-22%Si合金凝固组织的变化机制

研究了在过热Al-22%Si合金熔体中施加电脉冲对其凝固组织的影响,考察了电脉冲频率、作用时间对初生相形态的影响规律。结果表明,经电脉冲孕育的合金凝固组织明显细化,初生硅相由花瓣状向块状转变;示差扫描量热法(DSC)曲线发生变化,初生相凝固点下降了16.78℃,反应焓值降低了4.1J/kg。理论分析表明外场作用下铝硅合金熔体中的大尺度硅团簇发生裂解,从而提高了熔体均匀程度。

Al-18%Si合金在梯度强磁场中凝固时初生硅的行为

研究了Al 18%Si合金在10 T梯度强磁场下加热至半固态和全熔态后的凝固过程, 观察了初生硅的分布和形态, 测定了其冷却曲线。结果表明: 在磁场的磁感应强度和磁场梯度的乘积Bz·dBz/dz为正时, 初生硅向上部聚集; 而在Bz·dBz/dz为负时, 初生硅向下部聚集; 在强磁场下, 加热至全熔态冷却下来的凝固组织中初晶硅的形态发生了明显的改变, 由板片状转变为块状, 初晶硅显著细化。对强磁场细化初晶硅的机制进行了探讨。

过共晶Al-18%Si合金受控扩散凝固组织与行为

采用受控扩散凝固(CDS)技术制备过共晶Al-18%Si合金,研究其凝固组织随低温母合金温度变化的演变规律和凝固行为本质。结果表明:受控扩散凝固能抑制初生硅相的过度各向异性生长,有效改善合金凝固组织结构。采用适当温度的Al-25%Si合金(800℃)和纯Al(580℃)混合进行受控扩散凝固时,凝固组织中初生硅相分布均匀,无宏观偏析,且其平均尺寸达到42.85μm。当纯Al温度偏低时,凝固组织中初生硅相偏聚严重;当纯Al温度较高时,凝固组织中初生硅相尺寸偏大。分析表明:在受控扩散凝固过程中,固-液界面前沿形成了较小的"成分过冷",初生硅相在过冷区内趋于平界面生长。溶质原子扩散距离的平方与平衡温度成对数关系,温度愈高,扩散愈充分,宏观偏析愈少。

不同Sr添加量对Al-20%Si合金组织和性能的影响

研究了Sr对Al—20％Si合金组织和力学性能的影响。结果表明，随着Sr量的增加，初晶硅先由角块状或大板片状变为小块状再到多角的大块状，板片上出现大量蜂窝点，块状初晶硅角边发生钝化；共晶硅先由长针叶状变为细短纤维状或枝状再变为粗短枝状或蠕虫状；α枝晶不断柱状化，数量不断增多。另外，随Sr量的增加，合金伸长率逐渐增大，但有起伏，抗拉强度先急剧增加后变化不大，硬度呈抛物线变化。Sr量在0．04％～0．06％间，组织形貌最为理想，综合力学性能最优，强度和硬度增加2倍多，塑性增加近4倍。

超声波处理对过共晶Al-20%Si合金组织的影响

采用高能超声波对Al-20%Si合金进行熔体处理,研究超声波处理对Al-20%Si合金微观组织形貌的影响。控制Al-20%Si合金熔体温度在620～680℃之间时,研究合金凝固组织随熔体温度和超声波处理参数的变化规律。结果表明,随着导入超声波输出功率的增大和处理时间的延长,Al-20%Si合金的初晶硅形貌由粗大的板片状逐渐变成细小的球状颗粒;超声波处理熔体的温度控制在660℃左右时,可以获得最佳的效果,初晶硅的尺寸细小、圆整度高、分布均匀。

振动频率对间接超声辅助铸造Al-24%Si合金的影响

采用间接超声振动辅助铸造法制备Al-24%Si合金(质量分数),利用金相显微镜、电子万能试验机、磨损试验机、扫描电镜和显微硬度计分别研究超声波频率对合金的显微组织、抗压强度、磨损性能和显微硬度的影响。结果表明:施加20.4 kHz的超声处理对合金中初晶硅和共晶硅的细化作用最佳,初晶硅平均尺寸为100μm,共晶硅平均尺寸为40μm;随着超声频率的增大,合金抗压强度先增大后减小,磨损率先减小后增大;磨损机制主要为磨粒磨损和粘着磨损;合金的显微硬度先增大后减小,与合金中硅相尺寸呈负相关关系。

热处理对喷射沉积Al-27%Si合金显微组织及力学性能的影响

采用喷射沉积和热挤压致密化相结合的方法制备Al-27%Si合金,研究热处理对合金的组织及性能的影响。利用金相显微镜、扫描电镜和MTS-858型疲劳试验机等手段对Al-27%Si合金喷射沉积挤压态和热处理态的显微组织和力学性能进行观察与测试。结果表明:喷射沉积Al-27%Si合金组织细小均匀,初晶Si均匀弥散地分布在连续Al基体中,无针状共晶硅存在;采用合理的热挤压致密化工艺可以显著消除材料中的孔隙,致密度达到99.5%;热处理能够进一步改善材料的组织,但会降低材料的屈服强度。

热扩散处理对Al-24%Si合金中初晶硅形态的影响

采用低于Al-Si合金共晶点温度(577℃)加热保温处理,研究过共晶Al-24%Si合金在不同的加热扩散温度和保温时间下初晶硅形态的演变。结果表明:加热扩散温度为550℃,保温时间分别为3、6、9和12 h时,随保温时间的延长,粗大块状或花瓣星状的初晶硅趋于向近球状转变,且尺寸随保温时间的延长而变得细小;当保温时间为9 h,加热扩散温度为450、510、530和550℃时,随加热扩散温度的升高,初晶硅的尺寸越细小,圆整度提高,通过选择合适的加热扩散温度和保温时间进行处理可以起到使初晶硅球化和细化的效果,从而提高合金的力学性能。

高能超声波处理对细化过共晶Al-20%Si合金中硅相的影响

采用高能超声波对过共晶Al-20%Si合金进行熔体处理,研究超声波对Al-20%Si合金微观组织的细化效果和作用规律。结果表明,在Al-20%Si合金凝固过程中对其进行超声波处理,可以破碎组织中粗大板片状初晶硅,使晶粒尺寸变小,圆整度提高、分布均匀;提高超声波功率,可以增强对铝硅合金微观组织的细化效果并使熔体中组织细化的区域扩大;实验结果还表明,在熔体中不同位置导入超声波进行处理,对整体组织的作用效果有较大区别,在熔体中心位置较浅深度导入超声波时,所获得的组织细化区域较大,并且组织分布均匀。

混合稀土、磷、锶对Al-24%Si活塞合金的变质处理

采用混合稀土(RE)、磷、锶对过共晶Al-24%Si活塞合金进行单一、二元、三元变质处理,得到了变质效果优良的P+RE+Sr三元复合变质剂。结果表明,在P+RE+Sr三元复合变质的条件下,合金中初晶硅的尺寸仅10～15μm,呈团球化均匀分布;共晶硅尺寸细小,呈蠕球杆状均匀弥散分布;Al-24%Si活塞合金的强度、硬度、耐磨性和热膨胀系数等力学、物理性能均能够满足活塞在高温、高压、高速工况下对合金使用性能的要求。

Bi对Al-18%Si合金微观组织与力学性能的影响

研究不同的Bi含量对过共晶Al-18%Si合金微观组织与力学性能的影响。试验表明,Al-18%Si-x%Bi(x=1,2,3,4,5)合金中,大部分Bi在基体中以小颗粒状弥散均匀分布,局部出现Bi的聚集;同时,Bi的加入对合金中的共晶硅起到一定的细化作用;随着Bi含量的增加,共晶硅组织由粗大针片状变成短杆状,当Bi含量达到3%时,共晶硅转变为均匀分布于基体的蠕点状,当Bi含量为4%或5%时,共晶硅没有进一步的细化。另外,力学性能和摩擦试验研究发现:Al-18%Si-3%Bi合金的抗拉强度由Al-18%Si合金的168 MPa提高为189 MPa,摩擦系数由0.437 2降为0.387 9,磨损量仅为不含Bi的20%。

喷射沉积Al-27%Si合金的半固态挤压成形

研究喷射沉积 Al-27%Si 合金的半固态挤压成形工艺及其对合金组织与性能的影响。结果表明：喷射沉积Al-27%Si合金在600℃下二次加热10-12 min后，合金液相体积分数适中，Si相尺寸相对细小，形貌为近球形，适合于半固态成形。经600℃二次加热10-12 min后，进行半固态挤压能消除喷射沉积合金中的孔隙，Si相比挤压前更加均匀细小，挤压棒材具有良好的表面质量和均匀的微观组织。经600℃二次加热12 min后，半固态挤压的合金可达到最高的相对密度（99.5%）、抗拉强度（195 MPa）和伸长率（6.7%）。

循环热处理对喷射沉积Al-27%Si合金组织和性能的影响

采用喷射沉积技术制备Al-27%Si(质量分数)合金,研究循环热处理对其组织、残余应力和力学性能的影响。采用Ansys有限元模拟结合X射线检测评估Al-27%Si合金残余热应力的分布和大小。结果表明,喷射沉积Al-27%Si合金由均匀细小的初晶Si和α-Al基体组成,初晶Si的尺寸随热循环温度升高和次数增加而增大。Ansys有限元模拟结果显示喷射沉积Al-27%Si合金增强体Si颗粒受径向拉应力,Al基体受径向压应力,平均残余热应力为121 MPa,小于X射线法测的平均残余应力131.7 MPa。Al-27%Si合金屈服强度与残余热应力、Si相形貌和大小有关。循环热处理后,当Si相形貌和尺寸相当时,材料的屈服强度随残余热应力的降低而升高;当Si相尺寸随热循环增大时,在残余应力相当的情况下材料的屈服强度降低。

稀土和磷复合变质对Al-21%Si合金组织和耐磨性的影响

以过共晶Al-21%Si合金为研究对象,分析磷、稀土复合变质对合金组织和磨损性能的影响,并对其磨损机理进行了探讨。结果表明:复合变质后粗大块状、条状的初晶硅尺寸明显细化,粗大针状的共晶硅变为短杆状或颗粒状。P、RE对初晶硅均有细化作用,P的细化作用较强。当加入0.9%RE+0.08%P时初晶硅细化效果最佳,初晶硅从66.4μm细化到23.3μm;RE对共晶硅的变质作用较显著,稀土含量为0.6%时,共晶硅平均尺寸从8.3μm细化到5.2μm。磨损试验结果表明:合金的耐磨性不仅与初晶硅颗粒尺寸和分布有关,而且受基体中共晶硅形态影响,磷、稀土复合变质剂配比为0.06%P+0.6%RE时,耐磨性最好;其室温润滑磨损机理以磨粒磨损和粘着磨损为主;干摩擦高速磨损条件下,主要磨损形式为氧化磨损和粘着磨损。