Al-Mg-Al复合板抗拉强度研究

采用一道次热轧法制备镁铝复合板,研究了轧制温度、压下量、退火温度与时间对Al-Mg-Al复合板抗拉强度的影响规律。结果表明,Al-Mg-Al板的抗拉强度随轧制温度的升高先增大后减小,随压下量的增大先升高后降低。当温度为350℃,压下量为35%时,试样达最大抗拉强度296MPa。退火工艺对试样抗拉强度有明显影响,试样的抗拉强度随退火温度的升高先增大后减小,随退火时间的延长而减小。实验得出最佳退火工艺为退火温度300℃,退火时间20min。

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。

新型Al-C晶粒细化剂的制备及对Mg-Al合金显微组织的影响研究

采用原位反应烧结法制备了新型Al-5C中间合金,利用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等研究了制备工艺对Al-5C中间合金组织以及该中间合金对Mg-Al合金晶粒细化的影响。结果表明,原位反应烧结法改善了Al与C的润湿性,Al-C的反应程度与球磨时间、烧结温度、烧结时间和压块方式有关;延长球磨时间、提高烧结温度或适当延长烧结时间均能促进Al-C反应,生成细小的Al4C3颗粒;Al-5C中间合金能有效地细化Mg-3Al合金的组织,添加量(质量分数)为2%时晶粒细化效果最佳。

主元素改变对Al-8Mg-xSi合金微观组织和力学性能的影响

本文在高镁铝合金的基础上设计了一系列成分,研究了Si含量对Al-8Mg-xSi合金显微组织和力学性能的影响。研究结果表明:随着Si含量的增加,晶界轮廓逐渐清晰,Mg_2Si强化相体积分数增加。当Si含量为2.6wt.%时合金的综合力学性能最佳,硬度、抗拉强度和屈服强度分别达到了93.1、254.9MPa和232.5MPa,比添加1wt.%Si的合金分别提升了7.4、37.7MPa和26MPa。其中,断裂机制由混合断裂转变为脆性断裂。

衬板轧制铝/镁/铝复合板的波纹界面结构及形成机理

提出一种采用衬板轧制进行AA1060铝/AZ31B镁/AA1060铝复合板的制备方法。结果表明:传统轧制铝/镁/铝复合板截面轮廓较为平直,而衬板轧制由于衬板可将剪切力部分转化为压应力,从而改变复合板板受力状态,在铝/镁界面连接处形成差速流动,故而界面轮廓呈现波浪状特征,层间实现互锁连接。界面连接强度为64 MPa,是传统轧制复合板的4倍。力学性能测试表明:衬板轧制复合板的抗拉强度可达210 MPa,比传统轧制法提高12.3%。综上可知,衬板轧制法为高性能铝/镁/铝异质复合板成形制造提供一种新思路。

大厚比Al/Mg/Al层合板的热轧工艺与性能

通过热轧工艺制备初始厚度比(单层镁初始厚度与单层铝初始厚度的比值)为5~40的Al/Mg/Al层合板。采用模拟和实验相结合的方法研究初始厚度比对Al/Mg/Al层合板的应力场、应变场、组织演变和性能的影响。结果表明,随着初始厚度比的增加,层合板的极限抗拉强度和屈服强度增加,界面结合强度和伸长率先增加后降低。当初始厚度比为20时,大厚比Al/Mg/Al层合板具有最佳的综合力学性能,界面结合强度(剥离强度)和伸长率达到最大值,其值分别为12.3 N/mm和23.32%。同时,从模拟和EBSD结果可以看出,当初始厚度比为20时,层合板的变形协调能力最好,铝侧织构转变为剪切织构。当初始厚度比达到40后,层压板的结合性能降低,镁合金的性能占主导地位。

镁铝层状双金属氢氧化物对水体中钒吸附的性能

随着我国工业的快速发展,钒污染问题日益突出。为了更好地处理水体环境中钒污染问题,本试验采用共沉淀法合成镁铝层状双金属氢氧化物(Mg-Al LDHs),通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)3种表征手段对材料进行表征分析。结果表明,Mg-Al LDHs结构完整,结晶度较高,有良好的层状结构,符合典型的水滑石结构。另外,还对吸附剂与钒的等温吸附和吸附动力学进行了研究。等温吸附试验表明,Mg-Al LDHs对钒吸附的等温吸附曲线与Freundlich模型更为相符,对钒的最大吸附量达到394.64 mg/g,表明Mg-Al LDHs对钒的吸附行为发生了非均质分布多吸附位点吸附。吸附动力学试验表明,准二级动力学模型能够更好地描述Mg-Al LDHs对钒的吸附行为,说明吸附反应速率的控制步骤为化学反应过程。对比其他类型的吸附剂,Mg-Al LDHs对钒具有极高的吸附能力,且绿色环保,对治理阴离子形态钒污染水体具有极高的应用潜力。

低固溶镁-铝和铝-镁合金高压熔点的第一性原理模拟

以往虽然针对镁(Mg)、铝(Al)单质的高压熔化曲线开展了较多研究,但是对于Mg-Al和Al-Mg合金的高压熔化却鲜有报道。本工作结合固溶无序结构建模的相似原子环境(SAE)方法,以及熔点模拟的固液共存法,实现了低固溶合金高压熔点的第一性原理分子动力学模拟。在此基础上初步研究了2种低固溶Mg-Al和Al-Mg合金的高压熔点,这2种合金分别是AZ31B和LF6Al。计算发现,高压下LF6Al的熔化温度略低于Al的熔化温度,而AZ31B的熔化温度非常接近Mg的熔化温度。为后续深入研究组分变化对Mg-Al和Al-Mg合金高压熔点的影响规律奠定了基础。

Al/Mg/Al层合板的微观组织和蠕变性能

镁合金的塑性和耐腐蚀性差以及在空气中易燃等性能限制了其大规模应用。为解决上述问题,将镁合金与塑性和阻燃性能优越的铝合金结合,可使复合层合板材料得到室温高强度和良好塑性,并有更轻的质量。为此,本文选用5052铝合金作为层合板外层,AZ31镁合金作为内层材料,研究该层合板材料在高温蠕变条件下的界面处中间化合物的析出相对材料蠕变性能的影响。结果表明,Al/Mg/Al层合板的复合层厚度大约为50μm,5052铝合金的主要取向为(001)和(101)方向,而AZ31镁合金的主要取向为(0110)和(1210)面,界面处滑移和孪晶行为会同时发生;层合板界面处与两相基体都为共格界面,符合能量最低原理,是复合板高蠕变性能的主要原因。

Al-Cr中间合金在熔融Al-Zn-Mg-Si-Fe镀液中的扩散反应研究

以Al-Cr中间合金锭和熔融Al-Zn-Mg-Si-Fe镀液为研究对象,研究了Al-Cr中间合金锭浸入含不同质量分数Fe的630℃熔融镀液15 h的扩散反应。使用扫描电子显微镜、能谱仪分析了扩散前后Al-Cr中间合金锭组织和成分的变化,同时研究了镀液中Fe质量分数对Cr溶解度的影响。研究发现,随着镀液中的Zn、Mg、Si、Fe长时间向Al-Cr锭内部扩散,Al-Cr锭中原有的Al基体的组织转变成了与镀液成分相近的组织,原有的富Cr第二相转变成了Al-Cr-Zn-Si相和Al-(Fe,Cr)-Si相。随着Al-Cr锭中的Cr向镀液扩散,镀液中Cr质量分数升高,并在5 h后达到饱和。由于Cr和Al、Fe、Si优先形成了Al-(Fe,Cr)-Si金属间化合物,因此镀液中的Fe显著降低了Cr元素的饱和溶解度,当镀液Fe质量分数由0.10%增加至0.42%时,镀液中Cr质量分数由0.047%~0.059%减少至0.012%~0.016%。

新型高再结晶抗力α-Al(MnCr)Si弥散强化Al-Mg-Si-Cu合金研究

Al-Mg-Si-Cu铝合金(6XXX)属于可热处理强化合金,其高比强度、耐腐蚀及优良的成形性能使得它们在各种工业应用中具有吸引力,包括电力传输和交通运输行业;但相对较低的强度和硬度限制了其应用。最新研究表明,在合金中加入Mn/Cr等过渡族元素结合均匀化热处理工艺能够在Al-Mg-Si-Cu铝合金基体中形成纳米级、与基体部分共格的α-Al(MnCr)Si弥散相,从而借助弥散强化作用进一步提升合金的综合力学性能,拓展Al-Mg-Si-Cu铝合金的应用范围。弥散相因其对位错运动和(亚)晶界迁移的钉扎作用而有助于限制动态回复并抑制动态再结晶。此外,弥散相还能够限制合金在固溶处理过程中再结晶晶粒的形核和长大过程,进而抑制静态再结晶的发生。但较少有文献针对弥散相对Al-Mg-Si-Cu合金变形后热处理过程中的微观演变进行量化统计和机理分析,未能建立模型来描述变形条件对微观组织演变的影响。本工作对6061合金和Mn/Cr微合金化的Al-Mg-Si-Cu合金(后者被标记为HSW-1合金)在不同条件下进行热变形处理(变形温度:300、400、500℃;应变速率:0.01、0.1、1、10 s^(-1);真应变:1.2),研究变形合金在固溶和时效热处理过程中的微观结构演变,提出热变形合金经固溶处理后的微观组织调控机制。采用TEM观察证实了HSW-1合金基体中均匀分布着大量纳米级的α-Al(MnCr)Si弥散相。将热变形后的两种合金在560℃下盐浴保温不同时间,应用准原位EBSD技术表征微观结构的演变,统计取向差分布及亚晶粒尺寸的变化。结果表明,热变形条件(变形温度、应变速率)对6061和HSW-1合金在固溶处理过程中的静态再结晶行为有显著影响。两种合金静态再结晶行为随着变形温度的降低、应变量的增加及应变速率的升高而得到强化。相同的变形条件下,尽管6061合金静态软化驱动力低于HSW-1合金,但其在固溶处理过程中的静态再结晶行为明显强于HSW-1合金。这表明,弥散相通过钉扎作用有效抑制变形合金在固溶和时效过程中的静态再结晶行为,在显著提升合金的抗再结晶能力的同时保持变形合金的微观结构,使变形合金获得弥散强化和变形强化的综合效果,进而赋予其高强度。最后,通过理论分析提出了T6热处理后两种变形合金的微观结构控制模型。通过调整变形参数,即变形温度和应变速率,可以精确调节热处理后的微观组织成分,实验数据有效支持了模型的可行性。该结果为开发新型高强韧高性能铝合金提供了实验基础和理论分析。

微量Sc在Al-Mg合金中的作用

研究了微量 Ｓｃ对 Ａｌ－Ｍｇ合金显微组织与拉伸性能的影响．结果表明，微量Ｓｃ在 Ａｌ－Ｍｇ合金中主要以初生 Ａｌ３Ｓｃ和次生 Ａｌ３Ｓｃ两种形式存在．初生 Ａｌ３Ｓｃ是合金在凝固过程中形成的，可成为有效的非均质晶核，大大细化合金的铸态晶粒．次生 Ａｌ３Ｓｃ是合金铸锭在工艺加热过程中析出的，有效地钉扎位错和亚晶界， 稳定亚结构并强烈抑制合金的再结晶，具有亚结构强化和直接析出强化作用．因此，加入 Ｓｃ后的 Ａｌ－Ｍｇ合金的强度大大提高，并且表现出良好的强塑性配合．

微量钪对Al-Mg-Mn合金组织与性能的影响

采用铸锭冶金法制备了Al Mg Mn和Al Mg Mn Sc两种合金 ,利用TEM和金相显微镜等手段研究了微量Sc对Al Mg Mn合金组织与性能的影响。结果表明 :加入微量Sc可以提高Al Mg Mn合金的拉伸力学性能。在电镜下可以观察到 ,在Al Mg Mn合金中加入微量Sc可以形成大量弥散的Al3Sc粒子 ,这些粒子对位错具有钉扎作用。

镁铝双氢氧化物和镁铁铝改性蒙脱土去除水体中磷的吸附效果研究

通过间歇式批实验和动力学实验研究了不同pH条件下磷酸盐在镁铝双氢氧化物(Mg-Al-LDH)、钠基膨润土(Na-Mt)及镁铁铝改性膨润土(Mg-Al-Mt、Fe-Mt和Fe-Al-Mt)的吸附特征。结果表明,在pH4.5～9.0范围内,随着pH的升高,Na-Mt,Fe-Mt和Fe-Al-Mt3种矿物对磷的吸附率相应减少,镁铝双氢氧化物对磷的吸附率有所增加;Mg-Al-LDH、Fe-Mt和Fe-Al-Mt的对磷吸附率约为95%,比Mg-Al-Mt高40%,比Na-Mt高80%。用Langmuir方程描述磷的等温吸附过程,最大吸附容量(Qm)大小顺序为Fe-Al-Mt>Fe-Mt>Mg-Al-LDH>Mg-Al-Mt>Na-Mt,b值大小依次为Mg-Al-LDH>Fe-Mt>Fe-Al-Mt>Mg-Al-Mt>Na-Mt,最大缓冲容量(Qmb)以Mg-Al-LDH的为最大,Na-Mt的为最小;Freundlich等温吸附方程参数KF代表相对吸附容量,以Mg-Al-LDH的KF值最高,依次是Fe-Mt、Fe-Al-Mt和Mg-Al-Mt,Na-Mt的KF值最小,这与Qmb的结果一致;决定系数(R2)表明,Langmuir等温吸附方程能更好地拟合铁改性蒙脱土和铁铝改性蒙脱土,而Freundlich方程对钠蒙脱土,双氢氧化物和镁铝改性蒙脱土的拟合效果要好。磷酸盐吸附过程分为快反应和慢反应,用动力学实验数据进行拟合,准二级动力学方程能够更好的拟合改性蒙脱土和Mg-Al-LDH对磷的动力学吸附数据,其决定系数为0.999;Elovich方程拟合改性蒙脱土磷酸盐的吸附数据也有很好的相关性(R2为0.89～0.94)。Na-Mt矿物磷酸盐的吸附用抛物线扩散方程描述最为合适,原因可能是磷酸盐镶嵌在矿物层间是一个扩散过程,不涉及化学吸附过程。

退火工艺对Al/Mg/Al复合板界面结合与阻尼性能的影响

研究了Al/Mg/Al三明治结构复合板的退火热处理工艺,探讨了退火温度、时间对复合界面和阻尼性能的影响。结果表明:退火使得Mg层中的孪晶及变形组织消失,晶粒明显长大,且可以促进Al-Mg界面原子的相互扩散。随着退火温度的升高,界面效应对复合板的阻尼性能影响由不利转变为有利,在250℃下随着退火时间的延长,复合板的阻尼性能有一定的提高。综合复合板的组织与性能要求,得到Al/Mg/Al复合板的最佳退火工艺为250℃×2h,在应变振幅为5×10^(-4)下复合板的阻尼值Q^(-1)达0.045。

AZ91镁铝合金中HCP/BCC相界面结构

采用常规和高分辨电镜研究了时效AZ91镁铝合金中 2种形态γ Mg17Al12 析出相的HCP/BCC相界面结构。发现第一类析出相的惯习面 (0 0 0 2 ) α∥ { 330 } γ 以及与其对接的另外 2组主要晶面的面间错配度都很小 (4%和2 % ) ,因此界面能较小 ;而第 2类析出相的惯习面 (0 110 ) α∥ (330 ) γ 以及与其对接的另一组主要晶面的面间错配度都较大 (11%和 15 % ) ,因此界面能较大。从界面能和相变应变两方面讨论了各类析出相析出密度差别的原因 ,提出了改变析出密度。

Al_2O_3/Al 复合材料氧化生长的动力学研究

通过热重分析实验，研究了Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ合金熔体在高温空气气氛中直接氧化的孕育期与工艺温度及母合金中Ｍｇ、Ｓｉ含量的关系，摸清了铝合金本体氧化的表观活化能与母合金Ｍｇ、Ｓｉ含量的关系。

实海暴露防锈铝合金局部腐蚀敏感性研究

采用扫描电子显微镜 (SEM)、俄歇电子能谱 (AES)及电化学测试技术 ,对Al Mg和Al Mn两个系列的防锈铝合金在海水中的异常局部腐蚀行为进行研究 ,揭示与该异常行为相关的主要影响因素 ,包括环境和材料两大方面 .环境方面研究了海水中CO2 碳酸盐体系对合金腐蚀电位的影响及由此带来的腐蚀行为变化 ;材料方面主要考察了合金的组织结构、夹杂物及表面状态的影响 .

常压及高压凝固Al-Mg及Al-Mg-Zn合金中Al相的固溶体结构

采用X射线衍射仪、能谱仪和透射电镜分别对Al-9.6%Mg合金、Al-11Mg-4.5Zn合金和Al-17Zn-1.5Mg合金常压及6 GPa高压凝固后Al相的固溶体结构进行研究。结果表明:6GPa高压凝固后,Al-9.6%Mg合金中Mg在Al相中的固溶度显著增大;在Al-11Mg-4.5Zn合金和Al-17Zn-1.5Mg合金中,Mg、Zn溶质在Al相中的固溶度均增大,但Zn比Mg固溶的比例要大得多。在常压凝固条件下,与纯铝相比,3种合金中Al相的晶格常数均增大。与常压凝固相比,高压凝固Al-9.6Mg合金和Al-11Mg-4.5Zn中Al相晶格常数分别增大了1.178%和0.220%;在Al-17Zn-1.5Mg合金中,Al相晶格常数变化很小。此外,在Al-Mg-Zn合金中,原子半径较大的Mg固溶到Al相中,导致其晶格常数增大,原子半径较小的Zn固溶到Al相中,导致其晶格常数减小,且高压凝固后,溶质的原子半径越小,在Al相中固溶的比例越大。

硝酸盐在层状氢氧化镁铝及其焙烧产物上的吸附特性比较

通过静态吸附实验，对比研究了水溶液中硝酸盐在自制层状氢氧化镁铝（每批500kg）（Mg-Al LDH）及其焙烧产物（Mg-Al CLDH）上的吸附性能和机理，用多晶X射线衍射对层状氢氧化镁铝（吸附前后）及其焙烧产物（吸附前后）的结构进行了表征．结果表明，硝酸盐在层状氢氧化镁铝及其焙烧产物上的吸附分别是通过离子交换和“结构记忆”效应实现的．硝酸盐在层状氢氧化镁铝及其焙烧产物上的吸附量受吸附时间、温度、吸附剂用量、初始pH值、溶液初始浓度、离子强度等因素的影响．在25～80℃的条件下，硝酸盐在层状氢氧化镁铝及其焙烧产物上的吸附均符合Freundlich线性吸附等温方程式．在层状氢氧化镁铝上的吸附为放热反应，平衡吸附量为34．87-26．95mg·g^-1，而在焙烧层状氢氧化镁铝上的吸附为吸热反应，平衡吸附量为4541～203.44mg·g^-1,焙烧层状氢氧化镁铝可有效脱除溶液中的硝酸盐，吸附后产物在700℃下重复再生3次，吸附量无变化．溶液初始浓度为500mg·L^-1、吸附剂用量为0．1g、吸附时间为15min、温度为40℃是焙烧层状氢氧化镁铝吸附的最佳条件．