Experimental determination of 800℃ isothermal section in Al-Zn-Zr ternary system

The 800℃ isothermal section in the Al-Zn-Zr system was investigated using the equilibrated alloy method and the solid/liquid diffusion couple approach by means of scanning electron microscopy equipped with energy dispersive spectroscopy, X-ray powder diffraction and electron probe microanalysis. Thirteen three-phase regions are experimentally confirmed in the ternary system. A ternary compound Zn50Al25Zr25 named as T phase exists stably in the 800℃ isothermal section. Its composition range varies widely (16.84-55.1 at.% Zn, 18.02-56.3 at.% Al and 26.0-28.53 at.% Zr), and it can be in equilibrium with all the binary compounds. The maximum solubilities of Zn in Zr3Al, Zr2Al, Zr3Al2, Zr4Al3, ZrAl, Zr2Al3, ZrAl2 and ZrAl3 are 7.5, 0.84, 0.33, 0.89, 0.91, 1.12, 0.64 and 3.8 at.%, respectively. The maximum solubilities of Al in Zn3Zr, Zn2Zr and ZnZr are 1.6, 1.3 and 13.6 at.%, respectively.

锌镁比对Al-Zn-Mg-Cu-Er-Sc-Zr合金显微组织与耐腐蚀性能影响的研究

通过调整Al-Zn-Mg-Cu-Er-Sc-Zr合金中的Mg元素含量,研究了Zn/Mg比的变化对合金相演变以及腐蚀性能的影响规律。结果表明:Al_(8)Cu_(4)Er相、Al_(3)(Er,Sc)相与含Fe相存在明显的伴生关系,二者依附于含Fe相生长。Zn/Mg比的变化可显著改变三者间的交互形式,高的Zn/Mg比例有利于稀土相独立生长,且在比值为4.18的条件下,Al_(8)Cu_(4)Er相与含Fe相均得到了显著细化。细化的晶界第二相使腐蚀坑深度仅为82μm,而连续的伴生混合相、粗大稀土相等均会不同程度降低合金的耐蚀性能。

Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的热变形行为研究

以7000系Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金为研究材料,在Gleeble1500热模拟试验机上进行变形温度250~400℃,应变速率0.01~10 s^(-1)条件下的等温压缩试验。研究结果表明:合金在等温压缩过程中的流变应力随着应变速率的增大而增大,随着变形温度的增大而减小。当应变速率为10 s^(-1),变形温度为250℃时,合金的峰值应力可达205 MPa。大部分的真应力-应变曲线呈现动态再结晶特征,结合TEM分析,动态再结晶的形成机制是位错通过滑移和攀移逐渐演变成小角度晶界(2°~15°)和大角度晶界(>15°),依靠位错重排在原始晶粒内部形成亚结构,最终形成完整晶界。同时,采用Arrhenius模型和Zener-Hollomon参数方程,构建了Al-Zn-MgCu-Zr合金的本构方程,其中合金的平均变形激活能为324 187 J/mol。此外,通过Prasad失稳判据等模型,构建了0.2、0.4以及0.6应变下的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的热加工图,获得可加工窗口为:252~400℃,0.01~0.015 s^(-1)。

Sc含量对Al9.0Zn2.5Mg2.2Cu0.2Zr合金铸态组织的影响

本文研究了Sc添加量对Al9.0Zn2.5Mg2.2Cu0.2Zr合金铸态组织的影响。结果表明,微量Sc与Zr协同可形成Al_(3)(Sc,Zr)第二相,在铸造过程中具有促进非均质形核、细化铸态晶粒的作用,并对合金共晶组织有明显的变质作用。但铸态合金中部分可达微米级初生Al_(3)(Sc,Zr)第二相对合金的加工性能和力学性能易产生不良影响。

均匀化退火工艺对Al-Zn-Mg-Cu-Zr高强合金第二相的影响

研究了不同工艺均匀化退火过程中Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金中组织、低熔点结晶相和弥散相的演变规律。结果表明:铸态Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金中主要结晶相为AlMgZnCu四元相,均匀化退火后该相部分消除。均匀化退火过程中,随着温度的提高及时间的延长,合金中的非平衡结晶相逐渐溶解,未溶结晶相的体积分数降低。弥散相Al3Zr的尺寸及分布取决于均匀化退火过程中的升温速度,在缓慢升温条件下,弥散相Al3Zr的尺寸细小,分布比较弥散,密度高,合金的电导率最低;随着升温速度提高,Al3Zr相的析出数量减少,尺寸增加,析出相的密度降低,合金的电导率升高。二段均匀化退火后,弥散相Al3Zr的尺寸更加细小,密度更高,平均直径为15 nm,密度为1.27×10^(15)/cm^(3)。

双阶段均匀化对铸轧Al-Zn-Mg-Cu合金Al_(3)Zr析出的影响

研究了均匀化制度对双辊铸轧Al-Zn-Mg-Cu合金Al_(3)Zr相析出行为及再结晶的影响,以及Al_(3)Zr析出和再结晶程度对合金力学性能和耐晶间腐蚀性能的影响.结果表明,相比于传统的单阶段均匀化,双阶段均匀化的第一阶段为Al_(3)Zr的析出提供了更大的形核驱动力和更多的非均匀形核质点,促进了Al_(3)Zr的析出.此外,不同的升温速率对Al_(3)Zr的析出也有影响,缓慢的升温速率有利于细化Al_(3)Zr尺寸,增加Al_(3)Zr的数量密度和体积分数.固溶处理时,Al_(3)Zr相f/r值的变化导致了不同的再结晶抗力,因此在T6处理后双阶段均匀化的试样再结晶组织比例降低,大角度晶界数量减少.Al_(3)Zr相f/r值以及显微组织的变化对合金力学性能的影响较小,显著提高了合金的抗晶间腐蚀性能.

微量Zr和Si对体育器材用Al-Zn-Mg合金组织和耐蚀性的影响

采用光学显微镜(OM)、透射电镜(TEM)、电化学试验、拉伸试验、双悬臂梁(DCB)试验等方法,研究了Zr、Si含量对体育器材用Al-Zn-Mg合金组织、拉伸性能和在3.5%NaCl溶液中耐蚀性的影响。结果表明:添加微量Zr、Si对合金组织和性能均产生明显影响,复合添加Zr、Si比单独添加Zr效果更好;在合金中添加0.15%Zr后,合金晶粒尺寸明显减小,但部分再结晶晶粒长大;在合金中复合添加0.15%Zr和0.08%Si后,合金晶粒尺寸进一步减小,且晶粒尺寸大小均一,呈等轴晶状;与未添加Zr、Si的合金相比,复合添加0.15%Zr和0.08%Si的合金的平均晶粒尺寸由177.8μm降低到6.8μm,抗拉强度和屈服强度由283.6 MPa和249.2 MPa提升至368.1 MPa和319.2 MPa,应力强度因子KISCC由3.2提升至10.9,合金的抗电化学腐蚀性能显著提高。

Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金局部腐蚀过程:从点蚀到晶间腐蚀的转变

时效对Al-7.82Zn-1.99Mg-2.41Cu-0.12Zr合金局部腐蚀模式及过程有重要影响。合金在欠时效状态下,晶界析出相尺寸小,分布连续性高,L_(GBPs/GB)为0.75,主要的腐蚀形式是晶间腐蚀。而在双级时效和回归再时效状态下,晶界析出相尺寸大,分布连续性低,L_(GBPs/GB)小于0.5,晶间腐蚀被抑制,合金主要的腐蚀形式是点蚀。随着浸泡时间的延长,峰时效状态合金的腐蚀模式由点蚀向晶间腐蚀转变。点蚀起始于Al_(7)Cu_(2)Fe粒子,其尺寸越大,与基体的电位差越大,表明较大的Al_(7)Cu_(2)Fe粒子更容易引起点蚀。在腐蚀初期,合金表面发生点蚀,Al和Mg元素在Al_(7)Cu_(2)Fe粒子周围优先溶解。随着浸泡时间的延长,合金表面发生晶间腐蚀。

Cu-Zn-Al-Zr甲醇合成催化剂的UVDR、TPD和TPR表征

在 Cu- Zn- Al甲醇合成催化剂中添加适量的氧化锆助剂 ,制得 Cu- Zn- Al- Zr催化剂及表征其特性 .实验结果表明 ,Cu- Zn- Al- Zr催化剂最佳反应温度为 2 30℃ ,比 Cu- Zn- Al低约 10℃ ;热处理前后甲醇得率分别比 Cu- Zn- Al高 16%和 38% .UVDR表征显示 ,反应后催化剂在 5 98nm处观测到在 Zn O晶格介面上的 Cu+;CO- TPD表征显示 ,经 4 5 0℃热处理后的催化剂只在 182℃～ 197℃处出现一个由 Cu0 位贡献的吸附峰 ,热处理前在 2 61℃～ 2 74℃处由 Cu+位贡献的吸附峰消失 .Cu-Zn- Al- Zr催化剂对 CO的吸附量和 Cu+含量均大于 Cu- Zn- Al催化剂 。

新型Al-Mg-Sc-Zr和Al-Zn-Mg-Sc-Zr合金的研究进展

在迄今为止的所有微合金化元素中,钪可最大程度提高铝合金综合性能。相比传统铝镁合金,新型Al-Mg-Sc-Zr合金抗拉强度提高60~130 MPa,屈服强度提高80~150 MPa,且可获得大于2000%高速超塑性。与传统铝锌镁合金相比,新型Al-Zn-Mg-Sc-Zr合金抗拉强度提高66~96 MPa,屈服强度提高36~98 MPa,钨极氩弧焊系数大于0.75,搅拌摩擦焊系数大于0.90,且可获得大于1500%高速超塑性。钪锆添加到铝合金中可形成Al3(Sc,Zr)粒子,该粒子可细化铸造组织、抑制再结晶发生和稳定细晶组织,产生显著的细晶强化、亚结构强化和析出强化,从而提高合金强度,实现优良的超塑性能。

Cu-Al-Mn-Zn-Zr记忆合金的显微组织与力学行为

利用金相显微镜、透射电镜、扫描电镜观察和力学性能测试等手段研究了Cu 18.4Al 8.7Mn 3.4Zn 0.1Zr(摩尔分数,%)记忆合金(多晶)在不同温度与组织下变形时的力学行为。实验合金在不同温度下变形时延伸率不同,变形温度(Td)在Ms与Af之间时的延伸率小于变形温度(Td)高于Af时的延伸率。对实验合金施加应力时,最初的变形主要来自应力诱发马氏体,继而发生马氏体变体择优合并,二者对合金的变形都有贡献;变形量更大时,变体界面共格性被破坏,部分马氏体丧失热弹性。少量α相的析出不影响记忆效应,可使延伸率得以提高。

Sc对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金铸态组织和力学性能的影响

采用金相显微镜、扫描电镜和能谱分析,研究Sc对Al-9.0Zn-2.5Mg-2.5Cu-0.15Zr合金铸态组织和力学性能的影响。结果表明,添加0.20%-0.60%的Sc,会使合金的铸态组织由粗大的树枝晶变为等轴晶,并使Cu的偏聚减轻,且Sc含量越高,合金铸态组织越细,Sc含量为0.60%的合金铸态组织最细小;随着Sc含量的增加,合金的抗拉强度升高,T6态时,Sc含量为0.60%的合金抗拉强度高达783.9 MPa。从熔体中析出的Al3（Sc,Zr）一次粒子具有与α（Al）基体相同的FCC晶格,晶格常数接近,可有效地细化合金的铸态组织。合金强化机理主要为Al3（Sc,Zr）引起的细晶强化、亚结构强化和沉淀强化。

Cu-Zn-Al-Zr合成二甲醚浆状催化剂的完全液相制备及表征

利用完全液相法,以不同加料顺序制备了Cu-Zn-Al-Zr浆状催化剂.采用X射线粉末衍射、氮吸附、程序升温还原、X射线光电子能谱和氨程序升温脱附对其进行了表征,考察了Cu-Zn-Al-Zr浆状催化剂在合成气一步法合成二甲醚(DME)反应中的催化性能.结果表明,不同加料顺序对催化剂性能有显著的影响;Zr与Al同时加入时,催化剂的活性组分分散均匀,易于还原,表面结构稳定,拥有与CuZnAl催化剂相似的强弱酸中心;当Al/Zr=10/1时,催化剂的CO转化率和DME选择性与CuZnAl催化剂基本持平,但催化剂的流变性得到明显改善.

Al-Zn-Mg-Sc-Zr合金的热变形行为及加工图

在Gleeble-1500热模拟试验机上对Al-5.5Zn-1.5Mg-0.2Sc-0.1Zr铝合金进行高温等温压缩实验,研究该合金在变形温度为300-500℃、应变速率为0.01-10 s-1条件下的流变行为,建立合金高温变形的本构方程和加工图,采用电子背散射衍射（EBSD）分析变形过程中合金的组织特征。结果表明：流变应力随变形温度的升高而降低;当应变速率ε=10 s-1,变形温度为300-500℃时,合金发生了动态再结晶。Al-5.5Zn-1.5Mg-0.2Sc-0.1Zr合金的高温流变行为可用Zener-Hollomon参数描述。在热变形过程中,随着真应变增加,合金的变形失稳区域增大。该合金适宜的变形条件如下：变形温度300-360℃、应变速率0.01-0.32 s-1,或变形温度380-500℃、应变速率0.56-10 s-1。

添加Cr和Yb对Al-Zn-Mg-xCu-Zr超强铝合金组织与性能的影响

通过力学拉伸、晶间腐蚀、剥落腐蚀与应力腐蚀测试,结合金相、扫描电镜以及透射电镜等分析手段,对比研究不同Cu质量分数（0.8%~2.2%）的Al-Zn-Mg-Cu-Zr和Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Cr-Yb合金组织和性能的影响规律。研究结果表明：与Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金相比,复合添加Cr和Yb的Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Cr-Yb合金,可显著抑制再结晶和晶粒长大,充分保持基体的形变亚结构,提高合金的力学性能和抗腐蚀能力。降低Cu质量分数,2种合金的残余结晶相数量减少,力学性能提高,但Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金抗腐蚀性能逐渐降低,Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Cr-Yb合金抗腐蚀性能先升高后降低。在铜质量分数（0.8%Cu）较低时,与Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金相比,复合添加Cr和Yb的合金,保持了超高强度性能,且抗腐蚀性能大幅度提高。

微量Zr、Er对Al-Zn-Mg合金组织与性能的影响

采用硬度、拉伸性能、电阻率和抗应力腐蚀性能测试及金相组织观察等方法,研究了微量Zr、Er对Al-4.4Zn-2.4Mg(质量分数,下同)合金组织与性能的影响。结果表明,单独添加Zr的细晶作用优于单独添加Er以及Er、Zr复合添加,Er、Zr复合添加能显著抑制合金的再结晶行为,Er、Zr复合添加后合金的力学性能和单独添加微量Zr的基本相当,但Er、Zr复合添加后合金抗应力腐蚀性能优于单独添加微量Er、Zr,Er、Zr复合添加的Al-Zn-Mg合金综合性能最好。Er、Zr复合添加提高应力腐蚀抗力是通过抑制再结晶获得纤维组织间接实现的。

电磁铸造对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金微观组织及晶内固溶度的影响

分别采用电磁铸造和普通连铸技术制备Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金,研究电磁场对合金显微组织、合金元素晶内固溶度的影响。结果表明:采用电磁铸造技术制备的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金具有良好的表面质量和内部组织;电磁场显著提高合金元素在晶内的固溶度,减小了微观偏析程度。相对于普通连铸,电磁铸造法制备的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的晶粒平均尺寸从68μm减小到53μm,Zn、Mg和Cu元素的晶内相对溶质固溶度分别由56%、62%和25%提高到79%、74%和44%。

时效处理对含钪Al-Zn-Mg-Zr合金腐蚀行为的影响

采用恒温浸泡法、极化曲线测试、慢应变速率拉伸试验、扫描电镜及透射电镜等分析手段,研究时效处理对含钪Al-Zn-Mg-Zr合金腐蚀行为的影响。实验结果表明:合金在自然时效态下具有较差的抗晶间腐蚀和剥落腐蚀能力;合金腐蚀敏感性随着时效制度的变化由小到大的顺序为:T73时效,T6时效,欠时效,自然时效。经极化曲线测试分析,合金的腐蚀性能呈现相同趋势。在同一慢应变拉伸速率下,T73时效态的应力腐蚀敏感性相比T6时效态低;在相同时效状态下,应变速率为1.33×10 6s 1的应力腐蚀敏感性相比6.67×10 6s 1的高。合金的腐蚀敏感性与时效析出相(MgZn2)尺寸、分布及无沉淀析出带(PFZ)有关,在T6时效态下,晶界析出相连续的链状分布导致腐蚀敏感性大;同时,晶界析出相的粗化、不连续分布和无沉淀析出带的宽化,使得T73时效态的腐蚀敏感性显著降低。

含Sc超高强Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的回归再时效处理制度

采用透射电镜分析、力学拉伸性能测试和电导率测试,研究不同回归再时效(RRA)处理制度对含Sc超高强Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金组织与性能的影响。结果表明:采用120℃,24h预时效+180℃,30min回归处理+120℃,24h终时效的RRA处理工艺,可以使合金获得理想的力学性能和抗应力腐蚀性能;与T6态相比,该工艺获得的合金强度仅略微下降,而电导率则大大提高;含Sc超高强Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金经RRA处理后,晶内含大量均匀细小的η′相和少量的η平衡相,合金晶界处的平衡相粗化明显,呈现断续、孤立分布;与T6态处理的合金相比,无沉淀析出带变宽;其晶内析出相与T6峰值时效态的类似,晶界组织与双级过时效态的组织类似。

喷射沉积法制备Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的显微组织与性能

采用喷射沉积技术制备Al-8.11Zn-2.01Mg-2.36Cu-0.12Zr(质量分数,%)合金,并对其显微组织和性能进行研究。结果表明:喷射沉积的沉积态合金为近等轴状,且晶粒均匀细小,尺寸约为50μm;对合金进行(470℃,24 h)均匀化处理、420℃热挤压(挤压比为39)、(470℃,1 h)固溶处理、(140℃,8 h)时效处理后合金具有优良的性能,合金的抗拉强度为730 MPa,屈服强度为700 MPa,伸长率为11%。合金在140℃时效过程中,时效10 min即形成GP区;时效8 h后,主要强化相为针状的η'-Mg Zn2和球状的Al3Zr粒子;时效72 h后,针状的η'-Mg Zn2亚稳相呈现为棒状的η-Mg Zn2稳定相。该喷射沉积法制备的合金表现出优异的强度和韧性,可广泛应用于航天航空工业、汽车工业、轨道交通、船舶、电子电工等领域。