非平衡Al-Ni-Co合金中十次准晶的结构分析与表征

本文主要利用原子分辨的高角环形暗场扫描透射电镜(HAADF-STEM)成像技术与选区电子衍射(SAED)技术,对非平衡Al-Ni-Co合金中十次准晶的结构进行了表征,结果表明其基本结构单元除了包含平衡态Al-Ni-Co十次准晶超结构变体中的五次对称原子团,还具有非平衡Al-Ni-Co十次准晶中独有的对称性破缺原子团,是一种新的Al-Ni-Co十次准晶超结构变体。通过用不同的拼砌来描述该准晶结构,发现在急冷状态下对称性破缺原子团的存在导致了相子缺陷的产生,从而破坏了该准晶的长程有序性。通过安曼线和特征相子分析发现,该观察区域内安曼线分布无明显差异,特征相子分布无明显变化,反映出该区域准晶相的线性相子应变是单一的,这与平衡状态下十次准晶相结构特征完全不同。

Fe含量对亚共晶Al-Ni合金微观组织、热导率和力学性能的影响

研究了不同Fe含量对亚共晶Al-4Ni合金微观组织、热导率以及力学性能的影响。结果表明,当不存在Fe时,合金中的微观组织主要是初生α-Al和(α-Al+Al_(3)Ni)共晶组织。随着Fe元素增加至0.5%,初生相仍为α-Al,共晶组织变为(α-Al+Al_(3)Ni)二元共晶和(α-Al+Al_(3)Ni+Al_(9)NiFe)三元共晶。当Fe含量超过0.75%,初生相为Al_(9)NiFe,同时形成halo铝枝晶,共晶组织变为(α-Al+Al_(9)NiFe)二元共晶和(α-Al+Al_(3)Ni+Al_(9)NiFe)三元共晶。随着Fe元素的加入,Al-4Ni-x Fe合金的热导率呈下降趋势,这主要与合金α-Al基体中Fe原子的固溶量和Al_(9)NiFe相的含量和形貌相关。在力学性能方面,随着Fe的增加,Al-4Ni-x Fe的屈服强度不断增加,伸长率先缓慢下降再急剧下降,这主要是由于合金中形成了Al_(9)NiFe初生相,加速了裂纹的扩展。综合考虑,Al-4Ni-0.5Fe合金的热导率和力学性能取得了较好的权衡,具有最佳的综合性能。

低压冷喷涂制备Al-Ni-xCr复合涂层及其磨损特性研究

防腐性能较好的铝基涂层存在耐磨性不足的问题。本文设计了Ni粉和Cr粉复合沉积的方法来改善涂层的耐磨性。采用低压冷喷涂技术,制备了一系列Cr含量不同的Al-Ni-xCr复合涂层。通过金相、扫描电镜及X射线衍射等方法分析了复合涂层的微观形貌和成分。采用显微硬度计和磨损仪测试了涂层的显微硬度和磨损曲线,结合磨痕形貌分析了复合涂层的磨损机理。研究得出:低压冷喷涂可实现Al、Cr、Ni三种金属粉的共沉积,并获得致密、均匀的Al-Ni-xCr复合涂层。枝晶状Ni粉沉积率较高,Cr粉沉积率较低。含70 wt.%Cr的混粉涂层中,Cr含量约为31 wt.%。硬质颗粒Cr同时起到夯实涂层的作用,随着Cr含量增加,Al-Ni-xCr复合涂层的致密性提高。Al-Ni-xCr复合涂层的耐磨性能主要来自于Cr而非Ni,且与Cr含量有关。Al-Ni-70Cr复合涂层耐磨性最佳,磨损率仅为Al涂层的1/2。其优异的耐磨性归因于摩擦界面形成了稳定的、较硬的、含Cr量较高的复合氧化膜,抑制了磨损过程。

Al-Ni-Ru合金中非平衡凝固组织结构及物相形成特征

应用FIB技术以及扫描电镜和透射电镜,对快速凝固的Al_(70)Ni_(20)Ru_(10)合金小球中非平衡凝固组织结构及物相形成/分布进行了表征。结果表明,球内形成的非平衡凝固组织高度复杂,但根据其组织凝固形态和相构成特征,大致可以分为四类,并确定了其中的物相分布。其中在特定的枝晶凝固组织区域中发现了周期为0.4 nm的二维十面体准晶,其具有与已报道的同周期Al-Ni-Ru十面体准晶不同的原子团结构及排列特征。

Fe-Mn-Al-Ni-C低密度钢铸锭的再结晶特征与热加工图

在变形温度为925~1150℃和应变速率为0.01~10 s^(-1)的条件下,采用THERMECMASTOR 100 kN热模拟试验机研究了Fe-15Mn-15Al-5Ni-1C低密度钢铸锭的热变形行为,分析了其动态再结晶(DRX)特征,并绘制了其在不同应变量下的热加工图。结果表明:该铸锭变形后的组织主要由高温铁素体(δ-F)、奥氏体(A)、α-铁素体(α-F)和κ-碳化物组成。δ-F和κ-碳化物的存在使得铸锭的热加工性能变差,只有在变形温度升高到1125℃或者应变速率下降到0.02 s^(-1)时,铸锭才能获得再结晶组织,实现软化。Fe-15Mn-15Al-5Ni-1C低密度钢存在两个适宜的热加工区域,区域1:变形温度为1125~1150℃,应变速率为0.01~0.5 s^(-1);区域2:变形温度为925~1080℃,应变速率为0.01~0.02 s^(-1)。

雾化压力对VIGA技术制备Cu-Al-Ni合金粉末粒度分布影响机理分析

真空感应熔炼气雾化技术(VIGA技术)是气雾化法制备高性能球形金属及金属合金粉末的主流雾化制粉技术,但目前关于紧耦合气雾化机制的细节仍然不甚清楚,缺乏核心理论。由于VIGA制粉过程是在密闭高温环境下气液耦合,难以观察细节,本文模拟采用VIGA技术在不同的雾化气压下制备Cu-Al-Ni合金粉末,并基于CFD技术,利用Fluent软件对雾化过程中气液两相流的相互作用进行建模,模拟雾化过程中不同雾化气压下铜铝镍合金熔液的一次破碎和二次破碎过程。模拟结果表明,雾化气压从6 MPa增加到8 MPa,流场最大速度从470 m/s增加到520 m/s,导流管末端的静压力从-30 kPa增加到40 kPa;一次雾化过程导流管端口的径向压强存在压力梯度,熔体从导流管中流出形成液膜,在回流区与气流膨胀区交界处被气流破碎成初始液滴,雾化压力越大,初始液滴越小;二次雾化过程是初始液滴继续破碎,粉末的粒度分布在20~100μm范围内,雾化压力升高,粉末的中值粒径会有所减小,但减小幅度不大;VIGA设备喷嘴的设计会存在一个临界值,到达临界值后流场内各个数值变化不大,因此雾化气压在7~8 MPa时,粉末粒径减小不明显。

强磁场作用下Al-Ni合金中Al3Ni析出相的凝固行为

用金相显微镜和X射线衍射研究了强磁场条件下Al-8%Ni合金中非铁磁性的Al3Ni析出相的凝固行为,发现强磁场诱导Al3Ni晶粒以c轴平行磁场方向取向,并且晶粒的长轴与c轴垂直;取向的晶粒在垂直磁场方向上形成多个相互平行的Al3Ni聚合面,即形成规则的Al3Ni层状组织;在层状聚合面中随机分布着多个大的Al3Ni聚合体,聚合体内部的晶粒有序排列。

强磁场下Al-Ni合金凝固初生相Al_3Ni的取向行为

进行了10T强磁场下Al-（8％～12％）Ni（质量分数）合金凝固实验，考察了初生相Al3Ni的取向行为。结果表明，加磁场后纤维状初生相Al3Ni在垂直于磁场方向的平面上定向排列聚集，形成层间距基本相同的分层组织。X射线衍射结果表明，施加磁场后，Al3Ni晶体发生了取向，其〈001〉晶向转向磁场方向。在合金两相区中，当磁感应强度和温度提高到一定值时，初生相的取向程度显著增加，其定向排列因子Г也随之增加。此外，还对晶体在磁场中的取向行为进行了热力学分析。

Zr-Al-Ni-Cu大块非晶合金的变温晶化行为研究

研究了Zr-Al-Ni-Cu大块非晶合金在连续升温过程中的晶化行为。结果表明,随升温速度的加快,特征温度Tg,Tx,Tp均向高温区移动,晶化热焓增加,过冷温度区间扩大,并且峰值温度Tp对应的晶化体积分数减少。利用Kissinger曲线和Doyle曲线法计算合金的变温晶化激活能E,结果表明,晶化激活能随晶化过程的进行,其值先增加后降低,并且在晶化即将结束时,晶化激活能急剧降低。采用Kissinger曲线计算晶化激活能,由于特征温度在不同的加热速度下对应的晶化体积分数发生变化,从而导致了激活能计算值的偏大。

Al-Ni-W活性材料动态力学行为及其释能特性

用Hopkinson杆对Al-Ni-W活性材料的动态力学行为进行研究,通过测量Al-Ni-W活性材料在不同速度下撞击反应所产生的准静态压力对材料的释能特性进行分析。结果表明:Al-Ni-W材料在动态压缩条件下,没有发生应变硬化和应变率硬化效应,材料断裂裂纹主要在Al/W和Al/Ni的两相界面处萌生;活性破片撞击钢板时引发反应的速度阈值不大于713 m/s,且活性材料反应释放的化学能和产生的准静态压力与速度呈线性关系;当活性破片在1 176 m/s的速度下撞击目标时,能量释放量达到2.23 k J/g,高于发生金属间化合反应释放的能量,表明有部分金属与氧气发生氧化反应。

Cu-Zn-Al-Ni合金的组织与性能

采用熔铸和轧制的方法,在Cu-Zn-Al铝黄铜中添加Ni及自制晶粒细化剂,制备出一种新型弹性合金,通过扫描电子显微镜(SEM)和光学显微镜(OM)等对Cu-Zn-Al-Ni铝黄铜的微观组织进行观察、分析,并对其抗拉强度、延伸率、弹性模量等相关参数进行研究。研究结果表明:在合金铸态组织中,Ni,Al和Ti以三元金属间化合物形式主要分布在晶界上,在轧制过程中阻碍基体变形和晶界移动,从而提高合金强度;在均匀化退火过程中,合金中出现层片状Al3Ni相,弥散分布在基体内,在冷轧加工后转变为颗粒状;合金再结晶开始温度为350℃,低于再结晶温度退火时,冷轧态合金存在低温退火硬化效应,于250℃退火,硬度达到峰值;冷轧态板材最终退火后,其抗拉强度为731 MPa,延伸率为15%,弹性模量为120 GPa。

Al-Ni-Y 纳米非晶复合材料的研制

利用X射线衍射及透射电镜对单辊旋淬法制备的具有良好韧性的Al Ni Y合金条带进行了研究 ,结果表明 ,合金成分不同 ,其组织结构也不同。当快凝Al91Ni7Y2 合金时 ,可形成由部分非晶和部分晶体组成的复合材料 ,此材料结构为 :纳米级Al晶体均匀弥散分布在非晶基体上。

Ni含量对Zn-Al-Ni合金镀层组织和性能的影响

用热浸镀法在Q235钢板表面制备了Zn-0.05%Al-xNi（x=0.02,0.05,0.09,0.12mass%）合金镀层,用光学显微镜、维氏硬度计、摩擦试验机及中性盐雾和全浸腐蚀试验研究Ni含量对镀层形貌、显微组织、硬度、耐磨性和耐腐蚀性能的影响。结果表明：随Ni含量增加,Zn-0.05%Al-xNi合金镀层的表面状况变差,厚度先减小后增加,硬度和耐磨时间先增加后减小,摩擦系数增大,腐蚀速率先减小后增加;Ni含量为0.05%时,镀层厚度薄,组织致密,耐磨和耐腐蚀性能好。

还原氧化石墨烯/Al-Ni层状双氢氧化物复合物的制备及其电化学电容行为

以硝酸镍和硝酸铝为原料,尿素作为还原剂和沉淀剂,通过水热法一步合成了不同配比的还原氧化石墨烯/Al-Ni层状双氢氧化物复合物(rGO/LDH)。用X射线衍射(XRD),红外光谱(FT-IR),拉曼光谱(Raman)和场发射扫描电镜(FESEM)对其结构和形貌进行物理表征。采用循环伏安,恒电流充放电等电化学方法系统研究了所制备样品的电化学性能。结果表明,当Al-Ni层状双氢氧化物(LDH)与还原氧化石墨烯(rGO)的配比为96.2∶3.8时,复合物具有最佳的电容性能。在电流密度为1A·g-1时,其比电容高达918.4F·g-1,远高于纯Al-Ni层状双氢氧化物(LDH)的比电容(732F·g-1)。

淬态晶相对块状Zr-Al-Ni-Cu非晶合金疲劳断裂的影响

研究了带有淬态晶相块体非晶合金的对称循环疲劳断裂.结果表明,粗大的晶相促进疲劳裂纹的萌生,而完全非晶试样及带有细小晶相试样的裂纹萌生于样品的表层.非晶基体断口为典型的非晶疲劳条纹,在晶相处为典型的瞬断断口形貌.非晶基体疲劳条纹的间距远大于晶体疲劳条纹的间距.

柱状晶Cu-Al-Ni形状记忆合金的性能

用具有定向凝固特点的热型连铸工艺制备了Cu-Al-Ni形状记忆(SMA)合金丝。金相检验显示合金丝具有轴向排列的柱状晶组织。XRD分析表明,其基体β1相的生长方向为(100),分散度为10°～12°。合金丝经约20次的弯曲训练后形状恢复率非常稳定,最高可达100%;最大可恢复应变为10%,显示了优良的记忆功能。拉伸试验显示其抗拉强度最高达910MPa,伸长率18.76%,与单晶组织相近而远优于多晶组织;拉伸断口出现缩颈,表明晶体发生了滑移。连铸工艺的稳定性对合金丝的力学性能有很大影响。

吸铸法制备Zr-Al-Ni-Cu-Mo大块非晶合金

采用吸铸方法制备了 Zr6 0 Al9Ni1 5Cu1 5Mo1 五元合金 ,利用 X射线、光学显微镜和差示扫描量热法研究了其结构和热稳定性。实验结果表明 ,该合金组织从宏观上看 ,几乎均由非晶相组成 ,其玻璃转变温度 Tg、晶化温度 Tx 值分别为 6 88和 773K,过冷液相区宽度 ΔTx 值为 85 K,表明了一个具有大的玻璃形成能力的五元非晶合金的形成 ,但与四元 Zr- Al- Ni- Cu合金系相比 。

Al-NI-W活性材料组织性能及毁伤效应研究

为研究Al-Ni-W活性材料破片对相控阵雷达天线的毁伤效应,研究Al-Ni-W活性材料的显微组织和力学性能,用战斗部静爆和弹道枪试验研究活性材料破片对"爱国者"AN/MPQ-53型相控阵雷达天线模拟靶的毁伤效应。结果表明:在试验成形温度下,Al/Ni界面发生明显的金属间化合反应,反应序列:Al+Ni→Al3Ni+Ni→Al3Ni2。金属间化合物提高了材料抗压强度,降低了材料反应温度。弹道枪试验中,单枚质量为9.4 g的Al-Ni-W活性材料破片以约为1200m/s的速度平均毁伤16.6个辐射单元,是相同质量20#钢破片的4.2倍,且接近两者对铝板的穿孔面积之比;静爆试验中,由于爆炸冲击波和多枚破片与冲击波的复合增强毁伤效应,单枚质量为9.4 g的Al-Ni-W活性材料破片以1200 m/s的速度可破坏21.1个辐射单元;"爱国者"相控阵雷达天线的防护较厚,活性材料破片穿透防护后,剩余速度和质量小,超压效应不显著。活性材料破片穿靶后的碎片毁伤效应是造成对辐射单元毁伤增益的主要因素。

Zr对快速凝固Al-Ni合金组织及显微硬度的影响

利用透射电镜研究了 Zr对快速凝固 Al- Ni合金组织及热稳定性的影响。结果表明 :Zr在急冷态时固溶于基体中 ,对合金固溶强化起很大作用 ;在随后热处理 ( 45 0℃× 4h)时以亚稳 L 12 - Al3Zr相析出 ,而这析出相非常细小 ,减缓了合金组织粗化和硬度下降 。

单晶Cu-Al-Ni-Be合金的形状记忆特性研究

在自行设计的定向凝固炉中,用带引晶系统的模壳制备出Cu-Al-Ni-Be形状记忆合金单晶材料,并与铜基形状记忆合金其他系列的合金材料的形状记忆特性进行了系统的比较分析。实验结果表明,Cu-Al-Ni-Be形状记忆合金单晶具有比其他铜基形状记忆合金更优越的性能。