半连续铸造AlCu/Al梯度合金的高温退火研究

采用双流浇注半连续铸造方法获得了AlCu/Al梯度合金。研究了合金高温退火处理后的组织和性能变化。结果表明 ,高温退火后合金的洛氏硬度比铸态时显著降低但仍保持明显的梯度分布 ,并且在铸件横截面中心位置硬度降低幅度小 ,靠铸件表面区域降低幅度大。高温退火处理后 ,AlCu/Al梯度合金仍能保持宏观上铜含量的梯度分布与铸态时无明显的差别。

定向凝固条件下Ti_(3)Al合金中梯度纳米结构的形成机制与力学行为——原子尺度研究

通过分子动力学(MD)模拟方法对Ti_(3)Al合金在定向凝固条件下的生长机理进行系统研究,并通过对比纳米晶(NG)、粗晶(CG)和梯度纳米晶(GNG)合金,研究Ti_(3)Al合金的结构力学性能。结果表明,在凝固过程中Ti_(3)Al相优先生长为等轴晶组织,随后逐渐演变为柱状粒,并最终形成梯度纳米晶结构。此时,晶粒在与凝固方向平行的方向优先生长。此外,研究还发现,相较于NG和CG结构,GNG结构定向凝固合金具有更高的抗拉强度和更好的延展性。GNG结构不仅有效抑制了小晶粒区域的应变局域化和晶粒生长,而且促进了较大晶粒区域的位错形成,从而获得更好的力学性能。

偏压梯度TiAlN涂层对TC4钛合金振动与拉伸疲劳性能的影响与机理

目的 探究偏压梯度TiAlN涂层对基体疲劳性能的影响规律和疲劳损伤机理。方法 利用磁过滤阴极真空弧技术和连续改变偏压的沉积工艺,在TC4钛合金表面沉积了偏压梯度TiAlN涂层,并采用扫描电镜、轮廓仪、纳米压痕和划痕仪表征测试了TiAlN涂层的微观结构和内应力、表面硬度、膜基结合力等基本力学性能。对TiAlN涂层试件的振动和拉伸疲劳性能分别进行了考核,通过观察试件疲劳断口形貌,探究了偏压梯度TiAlN涂层/基体的疲劳损伤机理。结果 TiAlN涂层中Al元素含量沿深度方向一直在降低,偏压工艺成功制备出梯度结构涂层。偏压梯度TiAlN涂层的内应力为压缩状态,数值为(2.66±0.23) GPa,显著低于对应恒压涂层(-200V)。偏压梯度TiAlN涂层试件平均振动强度和拉伸疲劳强度分别为370.90、377.90 MPa,前者相对于TC4基体提高了47.7%,后者几乎保持不变。结论 TiAlN涂层内部存在残余压应力,具有一定抗裂纹萌生能力,TC4钛合金表面制备偏压梯度TiAlN涂层后,两种受载类型下的疲劳裂纹源均位于涂层与基体界面处。振动受载时,涂层中梯度结构抑制了裂纹的扩展,疲劳强度提高;拉伸受载时,TiAlN涂层部分发生破碎,抑制裂纹萌生与促进裂纹扩展两种机制同时存在,疲劳强度几乎不变。

半连续铸造法制备AlCu/Al梯度材料

提出了一种制备梯度材料的双流浇注连续铸造新方法 ,采用该方法在自制的半连续铸造装置上进行了AlCu/Al梯度合金的探索试验。分析了制备合金的组织和性能特点。结果说明 :采用半连续铸造方法在Al Cu系合金中可以实现合金成分随铸件横截面的连续梯度变化 ;合金的成分、显微组织和力学性能之间有较好的对应关系。

铝和镁合金上电弧离子镀(Ti，Al)N梯度涂层的比较

为了探索和研究在铝合金和镁合金衬底上电弧离子镀沉积梯度的(Ti,Al)N涂层的沉积工艺并确定沉积涂层的基本性能,从而为该涂层的应用奠定理论基础。采用试验和比较的方法。结果表明:在铝合金衬底上可以成功地沉积厚度可达60μm的梯度(Ti,Al)N涂层,涂层与衬底的界面没有缺陷、空洞,与衬底的结合强度很好;而在AZ31镁合金衬底上,由于衬底上含有镁的氧化物,沉积涂层极易脱落。常规的研磨、抛光等方法无法克服由于镁活性大、氧化速率快所形成的氧化膜造成沉积涂层极易脱落现象。X射线衍射谱表明,沉积涂层为TiN结构,Al以替位的形式占据TiN中Ti的位置,形成(Ti,Al)N涂层,没有AlN结构出现;涂层中,Ti和Al原子比近似为1∶1,与靶材的成分相同。得出结论:通过改变沉积过程中N2气的分压,可以在铝合金衬底上沉积出硬度和成分梯度变化的厚涂层,但在镁合金上涂层极易脱落;铝合金上的梯度厚涂层可以解决衬底材料硬度低而涂层硬度高所存在的不协调的问题。

直流梯度磁场对Al合金热电势的影响

研究了Al合金的热电势在直流梯度磁场中的行为.结果发现:在直流梯度磁场作用下,Al-2.89%Fe合金熔体的热电势降低;关闭磁场,降低的热电势没有立刻回升,而是在保持一段时间不变后,才缓慢恢复到施加磁场前的初始值.温度越高,热电势增速越快,增量越多,回归速度也越快.这种磁效应,在不同温度、不同成分的Al合金熔体(包括纯Al)中被普遍观察到;而在固态纯Al和Al合金中尚未观察到这种效应.在均匀磁场作用下,液态Al合金的热电势也没有发生变化.根据局域理论,定性地解释了磁场对合金熔体热电势的影响.

化学成分对定向凝固Al-In偏晶合金显微组织的影响

在高温度梯度下对不同化学成分的Al-In偏晶合金进行了定向凝固,分析了其定向凝固组织形成机制。Al-In亚偏晶合金定向凝固中,S1相首先析出,造成溶质在生长界面前沿的富集,在凝固界面的推移过程中不断长大,在晶界处形成粗化的第二相。Al-In偏晶合金在较低的定向凝固生长速度下,凝固界面呈现胞状生长模式,形成一个较长的被周围富集Al的S1相所包围的L2相纤维。Al-In过偏晶合金定向凝固过程中,凝固通过液相不混溶区时,两个液相将迅速发生分离,分离后的两个液相由于显著的密度差进行沉积和凝并,形成弥散组织。随着抽拉速度的增大,第二相在基体中分布更加弥散和均匀。

多弧离子镀(Ti,Al,Zr)N多元超硬梯度膜的制备及力学性能研究

采用多弧离子镀技术并使用合金靶Ti-Al-Zr制备(Ti,Al,Zr)N多元超硬梯度膜。利用扫描电镜、X衍射仪对(Ti,Al,Zr)N膜层表面、断面形貌、成分、结构进行观察测定;系统考察了沉积工艺对(Ti,Al,Zr)N膜层质量、膜/基附着力和硬度的影响;并对膜层抗热震性进行了研究。通过与TiN,(Ti,Al)N,(Ti,Zr)N等硬质膜进行比较,发现采用Ti-Al-Zr合金靶制备的(Ti,Al,Zr)N多元梯度膜有更高的硬度和膜/基附着力,硬度可达4000 HV,实现了从硬质膜到超硬膜的转变;膜/基附着力大于200 N,同时对沉积工艺有较强的适应性。

离心转速对过共晶铝硅合金Al-19Si-5Mg组织的影响

通过改变离心铸造的转速,获得了内层聚集大量Mg2Si和初晶Si,中层不含Mg2Si和初晶Si,外层含有少量Mg2Si和初晶Si的Al-19%Si-5%Mg合金自生梯度功能复合材料圆筒形零件,分析了该复合材料零件组织分布特征和成型工艺过程及影响因素。实验结果表明:离心转速将明显影响第二相颗粒的分布;离心转速越高,颗粒的偏聚越明显。

热处理对Al-Cu-Ti-B合金组织形态与硬度的影响

在铝铜合金中加入不同含量的Ti、B,在相同熔炼工艺及热处理状态下,获得不同组织的AL-Cu-Ti-B合金,通过XRD、SEM、金相显微镜对其微观组织及布氏硬度进行分析。结果表明：组织中主要为α固溶体和θ相（A l2Cu）以及A lCu2Ti、A l3Ti、TiB2。540℃固熔处理后,合金都在15 h达到峰值硬度129 HBS,24 h又达到另外一个峰值硬度128 HBS。200℃时效后,加入钛硼的铝铜合金1.5~2 h达到最大硬度140 HBS,远快于铝铜二元合金3.5~4 h达到最大硬度115 HBS。

利用高频磁场制备自生梯度复合材料的熔体温度选择

研究了通过在熔体凝固过程中的不同温度范围施加高频磁场制备自生梯度复合材料的工艺。对于Al/Mg2Si/Si自生梯度复合材料,近似计算及实验结果表明:Al+Mg2Si二元共晶区(555～595℃)是施加高频磁场的最佳温度范围,此时处于低粘性熔体中的增强颗粒容易被外加电磁阿基米德力分离。高频磁场施加温度过高或过低,均不易使增强颗粒产生梯度分布效果。

γ-TiAl合金表面Al_2O_3/Al复合涂层的抗高温熔盐腐蚀性能（英文）

采用磁控溅射技术于γ-TiAl合金表面制备Al_2O_3/Al复合涂层。在850℃下、100%(质量分数)Na_2SO_4熔盐中观测Al_2O_3/Al复合涂层的高温腐蚀行为。结果表明,Al_2O_3/Al复合涂层具备由Al_2O_3表层、富Al中间层以及互扩散层组成的梯度结构,因而有效地提高了基体γ-TiAl合金的抗高温腐蚀性能。在腐蚀实验后,涂层试样表面相结构为Al_2O_3、TiO_2和TiAl_3。致密的Al_2O_3/Al复合涂层有效地抑制了O^(2-)、S^(2-)和Na^+对基体γ-TiAl合金的侵蚀。并且,Al_2O_3/Al复合涂层的梯度结构亦使其表现出了优异的抗开裂和抗剥落性能。

硬质合金表面Ti-Al-Zr-Cr-N系复合膜的抗高温氧化性

采用多弧离子镀技术和Ti-Al-Zr合金靶及Cr单质靶,在WC-8%Co硬质合金基体上制备出(Ti,Al,Zr,Cr)N多元单层膜和TiAlZrCr/(Ti,Al,Zr,Cr)N多元梯度膜。对两种薄膜进行了600,700,800和900℃短时(4 h)的氧化实验及600和700℃长时(100 h)的循环氧化实验,并利用SEM和XRD分析了试样表面的氧化膜。结果表明,在短时氧化条件下,(Ti,Al,Zr,Cr)N单层膜和TiAlZrCr/(Ti,Al,Zr,Cr)N梯度膜分别在700和800℃时具有良好的抗高温氧化性;而在长时氧化条件下,其抗高温循环氧化温度分别为600和700℃。

Ti6Al4V合金表面无氢渗碳层分析

将Ti6Al4V合金试样置入真空炉中进行无氢渗碳。分别用XRD、SEM、EDS及HV显微硬度计对渗碳层的物相、组织形貌、成分和硬度进行分析。结果表明,经过渗碳后,渗层中出现TiC相,但是未发现氢化物及含H相。整个渗碳层由附着层、渗碳层和扩渗层组成。附着层中含有Ti、Al、V元素,附着层的存在阻碍碳的渗入。渗碳层由致密的渗碳层Ⅰ和等轴晶组成的渗碳层Ⅱ组成。扩渗层有碳的渗入,碳含量少,只是一个渗碳影响层。渗层的硬度呈梯度变化,硬度变化曲线是渗层中碳含量变化的反映,硬化层厚度约为900μm。